[原创]PCB设计的十大误区连载二 [复制链接]

作者：吴均  一博科技高速先生团队队员




还是上一期的那种PPT，从上面这张PPT，大家看到了什么？      平常大家耳熟能详的规则来自于什么地方？
      1、 公司前辈告诉你的设计经验
      2、 网络上流传的设计方法，注意事项
      3、 某些实力雄厚的大公司的成功经验，被行业效仿
      4、 芯片手册的设计指南

      5、 ……
      上面这些来源里面，芯片手册的设计指南应该是最权威的，但是真正的设计工程师都还需要打个问号，更何况其他设计规则。
     其实统计一下我们高速数字电路设计规则，很多来自于微波射频领域。比如大家很熟悉的圆弧拐角，走线包地……但是微波射频的规则，并不一定完全适用于高速数字电路。还有很多设计规则，来自于双面板时代的低速数字电路设计，典型的就是电源必须从滤波电容进入芯片管脚。当然，模拟电路设计也给了我们很多启发，所有的电源都想加个磁珠来隔离一下，地也想分割一下来隔离。
    诸如此类的规则很多，大家习惯了不经考虑就直接采用，但是很多时候，我们真的要多问一句为什么。然后还要知道这些规则后面的原理，以及规则起作用的条件。有的事情多想一想，其实就能很清楚。
     所以看到这里，大家可以提前思索一下这些问题，也算是本期高速先生的提问，大家可以尽情发挥：
     1、圆弧拐角貌似挺有道理，圆弧的阻抗变化小，45度角或者直角拐角会带来阻抗不连续。那么问题来了，常规4、5mil的走线，圆弧拐角和直角拐角带来的阻抗差异，需要多少G的信号才能感受到？
    2、电源必须从滤波电容进入芯片管脚，上一期有人答复说这个是正确的规则呀！电源经过滤波电容滤波之后进入芯片，这个假定是滤波电容可以滤除大部分的电源噪声。那么，常用的0.1U电容，大约能滤除哪个频率的噪声？可以从常见的DDR3-1600系统来分析，现在的电源供电网络设计，噪声的频带有多宽？分布范围是多大？该怎样考虑现在多层板时代滤波电容的布局布线原则？
    3、同样的1.5V数字电源，能看到很多设计工程师喜欢给不同芯片的电源加上磁珠，于是我们就能看到1.5V1，1.5V2……因为这样设计，好像每个芯片的电源供电都会比较干净，不会互相干扰。问题是，电源种类越来越多，分割越来越碎，我们怎么考虑信号跨电源分割问题？怎么平衡电源和地之间平板面积大小的影响。更重要的是，你知道在多层板的情况下，电容呈现全局特性吗？也就是说为芯片1添加的电容，对芯片2也会起作用。那么，什么情况下电容会呈现全局特性。
     4、为什么DDR3设计的时候，我们要求同组DQ和DQS之间做到5mil等长？从时序计算和仿真来看，数据组通常都有十几甚至几十ps以上的裕量，那就是上百Mil等长关系呀？
    5、SDRAM，好遥远的技术了，才133M的速率，那不是手到擒来?问我该怎么考虑等长？简单，按照DDR3的设计原则，地址、数据、时钟等长就好了！什么，没有找到DQS？那就所有的数据全部等长吧！我绕，我绕，我是资深的绕等长工程师……什么，没听过绕等长工程师，你落伍了吧！
     6、“听XX公司的EMC工程师说，原来板子EMC测试有问题，把所有布线层铺上地铜皮就通过了。”“真的呀，好像很有道理哈，EMC就是要用地来屏蔽，然后加电容”……然后我们的板子，布线完成了，不管3721，沿着板框画一个地铜皮，然后自动避让，大功告成，软件功能强大哈！“什么，板子层数大多，铺铜之后修改布线的时候机器反应很慢？升级，不就是换电脑嘛”“Gerber文件数据太多，Gerber文件几百M上G了，邮件发不出去？拷个U盘，QQ传，云盘，办法不要太多”！有想过，这样铺地有什么负面的作用吗？
     7、电容嘛，多多益善！电容越多，电源效果越好！什么，帮我省电容数量，不用不用，电容才几分钱呀，加，越多越好，每个电源管脚最好能加两个电容……可是，这些电容真的有作用吗？电容真的没有坏处吗？占了板上宝贵的布局布线空间，带来贴片效率低下，小电容贴装难度大，物料种类和数量带来的生产成本，板子容性过大导致的启动问题。有没有看到行业里面关注技术的同行，他们板上的电容数量只有你的三分之一，四分之一，但是电源效果比你的更好呢？
     8、更换高速板材一定就是钱的问题吗？有没有可能换了高速板材，电气性能反而下降的情况？
     好多好多我们熟视无睹的设计规则，大家从来没有静下心来想想，为什么要这样做，这样做到底有多少好处。很多时候大家认为“过设计”没有什么坏处，至于花更多的时间精力，反正现在不管是公司内部流程，还是外协外包，PCB设计一般独立出来，不是硬件原理工程师亲自动手了，花时间精力是别人的事情，这是我看到很多的想法。殊不知，PCB设计是一个整体协调的艺术，在一些无关大局的地方投入过多精力，甚至占用了板上的布局布线空间资源，一定会导致其他更重要的地方被忽视。并且有很多“过设计”思想，本身就是错误的，会带来很大的恶果。我们要避免这些过设计，就需要在我们理解这些设计规则方面，做到真正知其然也知其所以然。了解规则后面本质的原因，有助于我们合理利用这些规则。
     本系列的一博科技“高速先生”文章，就是带着大家一起去看看这些规则的本质。

      预告：下一章节我们先来讨论滤波电容的设计，看看电源是不是必须从滤波电容进入芯片管脚，看看滤波电容该怎么布局布线。

      未完待续~

期侍“讨论滤波电容的设计”

好好学习，天天向上