1_印刷电路板设计基础

2006/4/22印刷電路板設計基礎1KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)第一單元、印刷電路板設計基礎第一單元、印刷電路板設計基礎崑山科技大學電通系盧春林2006/4/22印刷電路板設計基礎2KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)綱要綱要•課程簡介•PCB之製作與分類•一般PCB•小信號PCB•電路元件在RF之特性•射頻電路之阻抗匹配•高速PCB概論2006/4/22印刷電路板設計基礎3KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)課程簡介課程簡介(1)(1)•印刷電路板設計基礎•射頻電路基礎•射頻電路在高速PCB之應用•P&L聯盟教材簡介•重要參考資料2006/4/22印刷電路板設計基礎4KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)課程簡介課程簡介(2)(2)•射頻電路設計參考書籍RazaviLudwig2006/4/22印刷電路板設計基礎5KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)課程簡介課程簡介(3)(3)•P&L聯盟教材(93-vlsi-P03:亞東技術學院電子工程系蕭如宣副教授)•www.eedesign.com.tw(免費加入會員)–電路板佈線設計講座–EMI/EMC設計講座–RF設計與應用•EvaluationofPackageandPCBEffectsonRFICs(中山大學通訊所長洪子聖教授)2006/4/22印刷電路板設計基礎6KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)PCBPCB之製作與分類之製作與分類(1)(1)•PCB(PrintedCircuitBoard):印刷電路板•製作步驟:schÎnetlistÎPCB–電路設計–繪製電路(*.sch)(schematic)–轉成網路表(*.net)(netlist)–安排零件–佈線(Routing)–DRCokÎ完成PCB設計(*.pcb)2006/4/22印刷電路板設計基礎7KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)PCBPCB之製作與分類之製作與分類(2)(2)•sch=netlist=PCB•輸入schematic時務必定義footprint之名稱•PCB工作區的footprint定義完全後再loadnetlist•零件放置位置會影響佈局的成功率•嚴格遵守DRC•預拉線必須100%完成•務必加上板邊與文字（判斷正反面）•製作樣品的底片要留鑽孔點(showhole)(試作樣品)2006/4/22印刷電路板設計基礎8KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)PCBPCB之製作與分類之製作與分類(3)(3)•一般PCB–固定元件–提供連接–信號線細密(1mil=10-3inch=0.0254mm)•小信號PCB–~MHz–對雜訊較敏感(shieldingground)•高速PCB–PCB材質–track長度,寬度,形狀,貫孔,接地2006/4/22印刷電路板設計基礎9KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)一般一般PCB(1)PCB(1)•Digital(horizontal/vertical)•Density•Autoroute?•Powerlines?2006/4/22印刷電路板設計基礎10KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)一般一般PCB(2)PCB(2)•地線設計原則–單一路徑–足夠線寬–引導電流–形狀(45ovs.90o)小信號中信號大信號電源(雜訊源)2006/4/22印刷電路板設計基礎11KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)一般一般PCB(3)PCB(3)錯誤的地線（多重路徑）•Casestudy正確的地線（單一路徑）2006/4/22印刷電路板設計基礎12KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)一般一般PCB(4)PCB(4)•電源雜訊PCBtracks(Rt)Otherload(Ni)(摘自P&L講義Chap10)2006/4/22印刷電路板設計基礎13KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)一般一般PCB(5)PCB(5)•電源雜訊之防治–Vcc和GND盡量靠近(寄生電容-濾除極高頻雜訊)–電解電容+陶瓷電容(10u+0.1u)(Decouplingcapacitor)–低ESR(EffectiveSeriesResistance)–低ESL(EffectiveSeriesInductance)(陶瓷電容)Rt1+C110uC40.1uRt2+C210uC50.1u+C310uC60.1uPowersupplyLoad1Load2DecouplingcapacitorDecouplingcapacitor2006/4/22印刷電路板設計基礎14KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)一般一般PCB(6)PCB(6)•Casestudyofdecouplingcapacitors2006/4/22印刷電路板設計基礎15KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)一般一般PCB(7)PCB(7)•EMI/EMC相關考慮–濾波電容盡量靠近雜訊源–電流感應磁場(右手定則)(面積盡量小)–電流vs.水流(層流、擾流)（45°/Teardrop）未補淚點已補淚點2006/4/22印刷電路板設計基礎16KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)小信號小信號PCB(1)PCB(1)•小信號容易受雜訊干擾•~MHz容易產生干擾•利用ground做shielding功能(引用RichardLi圖片)2006/4/22印刷電路板設計基礎17KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)小信號小信號PCB(2)PCB(2)•Place\Polygonplane•Shieldingground2006/4/22印刷電路板設計基礎18KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)小信號小信號PCB(3)PCB(3)•Casestudy:70MHzFMreceiver(2ndIF=10.7MHz)70MHz80.7MHz10.7MHzBase-bandout2006/4/22印刷電路板設計基礎19KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)小信號小信號PCB(4)PCB(4)•70MHzFMreceiver•PCBlayout:all+toplayer+bottomlayer(需修補)(不需修補)(先畫好地線再鋪銅)(不畫地線直接鋪銅)2006/4/22印刷電路板設計基礎20KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)電路元件在電路元件在RFRF之特性之特性(1)(1)•Wire:SkinEffectÎinductor•tracks:R?L?C?•via:L≒1nH/mmRF(射頻):radiofrequencyd=2axJla)(75.04log3.22nHdllL−=2006/4/22印刷電路板設計基礎21KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)電路元件在電路元件在RFRF之特性之特性(2)(2)•ResistorÎChipresistor(SMD)SurfaceMountedDevice=fZ(SMD)WL(SMD)(axial)2040040230600603508008056012012061801201218W(mil)L(mil)1mil=0.0254mm2006/4/22印刷電路板設計基礎22KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)電路元件在電路元件在RFRF之特性之特性(3(3))•CapacitorÎChipCapacitor|Yc|=|jωC|fWL(SMD)(0805,0603,0402,...)Yc=-j()(inductive)2006/4/22印刷電路板設計基礎23KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)電路元件在電路元件在RFRF之特性之特性(4)(4)•InductorÎChipInductorWL(SMD)|ZL|=|jωL|fZl=-j()(capacitive)(0805,0603,0402,...)2006/4/22印刷電路板設計基礎24KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)射頻電路之阻抗匹配射頻電路之阻抗匹配(1)(1)•射頻信號傳輸“功率”(能量)•常用單位:•最佳傳輸狀況:)1log(10mWPdBm⋅=Zs=Rs+jXsVsVoZL=R+jXLLLOOSLSLORVPVZZZV2=+=且Q()()MaxXXRRRVPLSLSLSO=+++⋅=∴222if−==LSLSXXRRConjugatematching(匹配=matching)2006/4/22印刷電路板設計基礎25KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)射頻電路之阻抗匹配射頻電路之阻抗匹配(2)(2)•dBÙdBmÙdBuvVin=0.0316vPin=-20dBmVin=31600uV=90dBuvAv=10=20dB=ApVout=0.316vPin=0dBmVin=316000uV=110dBuv2006/4/22印刷電路板設計基礎26KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)射頻電路之阻抗匹配射頻電路之阻抗匹配(3)(3)•範例一:C.L,find2GHz,fjZjZAT=+=+=,1575,75150Sol:(conjugatematching)ALcLcLcTjXjXjBLCjXjBZZZ−=+++===++=+=ATLcTMRjXR11X,Bwhere,Z11)//(Zωω75+j15150+j752006/4/22印刷電路板設計基礎27KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)射頻電路之阻抗匹配射頻電路之阻抗匹配(4)(4)nHXXPFBCmSBXRBXBRBXXRRXRRRXBbXXXBBRRXaRBXXXBRRpCLCCATCTCACLTTTTTATTCCATCCATTTCCATCAT1.69.7673.02.9)1(1)()3.8())(1()3.8()()1()408.(22222=⇒===⇒=∴−−−=+−+±=−−−+−−=−−−++−=∴ωω解連立方程式得6.1nH0.73pF2006/4/22印刷電路板設計基礎28KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)射頻電路之阻抗匹配射頻電路之阻抗匹配(5)(5)•使用designer之Smithtool求matching電路2006/4/22印刷電路板設計基礎29KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)高速高速PCBPCB概論概論(1)(1)50Ω100Ω(利用tracks之寬度,長度與板材)(利用Designer模擬)(四分之一波長阻抗匹配器)•高速/射頻(RF)電路–元件盡量使用SMD–Tracks產生寄生電抗–需要阻抗匹配–善用PCB(why?)2006/4/22印刷電路板設計基礎30KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)高速高速PCBPCB概論概論(2)(2)•Lumped&DistributedElementsPCB資料模擬方法(linear)MicrostripLineMicrostripLineTL1~6:(微帶線）distributedelements(分散式元件)Others:lumpedelements(集總元件)•Lumpedelement:利用tracks之寬度,長度與板材(why?)(AnsoftHarmonica)(Designer)2006/4/22印刷電路板設計基礎31KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)高速高速PCBPCB概論概論(3)(3)•2.4GHzamplifier成品與量測(Distributedelements)2006/4/22印刷電路板設計基礎32KSU(崑山科技大學)SCMAL(單晶片應用研究室)高速高速PCBPCB概論概論(4