寄生电容和寄生电感

概述
PCB设计主要包括: 一. 信号完整性设计 二. 工艺及结构设计 三. 热设计
一 信号完整性设计
信号完整性设计：即是对信号质量的控制,它在很大程度上 决定着整个电路板性能的好坏,产品的正常功能能否实现、可 靠性问题、EMC能否达标都是此设计阶段的主要任务。
主要考虑的方面： 1、电路板层数的设计 2、混合信号的分区设计 3、地线的设计 4、去藕和旁路电容设计 5、布线设计
层厚设置时，增大S2-P之间的间距，缩小P-G2 之间的间距（相应缩小G1-S2层之间的间距），以 减小电源平面的阻抗，减少电源对S2的影响。 在成本要求较高时，可采用方案1，优选布线层 S1、S2，其次S3、S4 。与方案1相比，方案2保证 了电源、地平面相邻，减少电源阻抗，但S1、S2、 S3、S4全部裸露在外，只有S2才有较好的参考平 面。 对于局部、少量信号要求较高的场合，方案4比 方案3更合适，它能提供极佳的布线层S2。 （注：S－信号层，P－电源层，G－地层）
２．混合信号PCB的分区设计
混合信号电路PCB的设计很复杂，元器件的局、 布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能 和电磁兼容性能。 如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢 ？在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的两个基本 原则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积； 第二个原则是系统只采用一个参考面。 相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成 一个偶极天线(注：小型偶极天线的辐射大小与线 的长度、流过的电流大小以及频率成正比) ；而如 果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形
面。
对于地的层数要考虑： • 元件面下面（第2层或倒数第2层）有相对完整的 地平面。 • 高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面。 • 关键电源应与其对应地平面相邻。 从屏蔽的角度考虑，地平面一般均作了接地处 理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于 电源平面。因此，在选择参考平面时，应优选地平 面。
成一个大的环状天线(注：小型环状天线的辐射大小 与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方 成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况 。 一种建议将混合信号电路板上的数字地和模拟 地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。 尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在 复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是 不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线， 电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB设计中 最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生 EMI问题。
例２
图１
如图1所示，我们采用上述 分割方法，而且信号线跨越了两 个地之间的间隙，在这种情况下 当把分割地在电源处连接在一起 时，将形成一个非常大的电流环 路。流经大环路的高频电流会产 生辐射和很高的地电感，如果流 过大环路的是低电平模拟电流， 该电流很容易受到外部信干扰。 另外，模拟地和数字地通过一根 长导线连接在一起会构成偶极天 线。
PCB设计的策略与技巧
尽管现在的EDA工具很强大，但随着PCB尺寸要 求越来越小，器件密度越来越高，极其苛刻的布线规 则，这些都使得PCB设计的难度并不小。如何实现 PCB高的布通率以及缩短设计时间呢？本文简要介绍 PCB规划、布局和布线的设计技巧和要点，希望能从 下面一些具体的例子的中带给大家一些启发。
（２）电源层、地层、信号层的相对位置
单板层的排布一般原则： • 元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏 蔽层以及为顶层布线提供参考平面。 • 所有信号层尽可能与地平面相邻。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 尽量避免两信号层直接相邻。 • 主电源尽可能与其对应地相邻。 • 兼顾层压结构对称。 ２０Ｈ原则：一般电源层敷铜要内缩于地层，即电 源层到板边的距离要比地层到板边的距离大２０Ｈ （Ｈ指的是电源层到相应地层的层间厚度）．
要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先 了解高频电流的特性。许多设计工程师仅仅考虑信 号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。高 频电流总是选择阻抗最小(电感最低)，直接位于信 号下方的路径，因此返回电流会流过邻近的电路层 ，而无论这个临近层是电源层还是地线层。 由此可 以得知，只有将数字信号布线在电路板的模拟部分 之上或者将模拟信号布线在电路板的数字部分之上 时，才会出现数字信号对模拟信号的干扰。
图２
方法一： 如果必须对地线层进行分割， 而且必须通过分割之间的间隙布线 ，可以先在被分割的地之间进行单 点连接，形成两个地之间的连接桥 ，然后通过该连接桥布线。这样， 在每一个信号线的下方都能够提供 一个直接的电流回流路径，从而使 形成的环路面积很小。如图２所示。
方法二： 采用光隔离器件或变压器也能实现信号跨越分割 间隙。对于前者，跨越分割间隙的是光信号；对于后 者，跨越分割间隙的是磁场。
方法三： 采用差分信号， 信号从一条线流入从另外一条
信号线返回，这种情况下不需要地作为回流路径。
方法四： PCB设计采用统一地，通过数字电路和模拟电路 分区以及合适的信号布线，避免了地分割带来的潜 在的麻烦．在这种情况下元器件的布局和分区就成 为决定设计优劣的关键。如果布局布线合理，数字 地电流将限制在电路板的数字部分，不会干扰模拟 信号。
例１
四层板，优选方案1
方案１为现行四层PCB的主选层设置方案，在 元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP层。
至于层厚设置，有以下建议： ● 满足阻抗控制 ● 芯板（GND到POWER）不宜过厚，以降低电 源到地平面的分布阻抗，保证电源平面的去耦 效果 六层板，优选方案3
对于六层板，优先考虑方案3，优选布线层S2，其 次S3、S1。主电源及其对应的地布在4、5层。
１．电路板的层数设计
电路板的层数设计要考虑到电气性能、器件密 度、成本和结构等各方面的要求。设计师需要综合 考虑来取得折中方案。 “五－五”规则：即时钟频率大于５MHz或者脉冲 上升 时间小于５ns，宜于选择多层电路板。 （１）Vcc、GND的层数 单板电源的层数由其种类数量决定：对于单一 电源供电的PCB，一个电源平面足够了；对于多种 电源，若互不交错，可考虑采取电源层分割（保证 相邻层的关键信号布线不跨分割区）；对于电源相 互交错的单板，则必须考虑采用2个或以上的电源平