浅谈网络模块PCB设计技巧

由于国内通信市场起步较晚,以及近几年国家政策的大力推动,国内通信市场呈现出快速增长的势头。受此大环境影响,国内网络模块市场也迎来蓬勃的发展机遇。各地“企业家”纷纷响应,小到几个人的家庭作坊大到几十人、几百人的流水线工厂都来争抢这个市场,可以说得上是“片地开花”。

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在谈网络模块PCB设计技巧前,笔者想先插一段大致的谈谈网络模块的市场发展:由于国内通信市场起步较晚,以及近几年国家政策的大力推动,国内通信市场呈现出快速增长的势头。受此大环境影响,国内网络模块市场也迎来蓬勃的发展机遇。各地“企业家”纷纷响应,小到几个人的家庭作坊大到几十人、几百人的流水线工厂都来争抢这个市场,可以说得上是“片地开花”。从现状上看,好像绝大部分来抢争这个市场的都有钱赚,但是从长远来看就未必了。人各有长,“企业家”们是看到了这个市场,但未必有这个核心技术,因此,笔者认为:一个企业要有好的发展一定要有核心技术做支撑,而网络模块的核心技术就是金针和模块PCB的设计。上海天诚通信技术有限公司正是掌握了这个核心技术,才成了国内同行的佼佼者,2010年、2011年的国内综合布线排名榜上,上海天诚通信技术有限公司分别进入了国内前十名的企业之列。

虽然网络模块的核心技术是金针和模块PCB两部分,但是金针部分受到行业规范中机构的限制,没办法做太大的变更,所以模块PCB是其主要的核心。然而,网络模块PCB设计又有那些技巧呢?

首先,网络模块传输的是差分信号,PCB布线时必须满足两条线的长度要尽量一样长,且两线的间距(此间距由差分阻抗决定)要一直保持不变,也就是要保持平行。平行的方式有两种,一为两条线走在同一走线层(sidebyside),一为两条线走在上下相邻两层(overunder)。一般以前者sidebyside实现的方式较多。平行是因为要保持差分阻抗的一致性。若两线忽远忽近, 差分阻抗就会不一致, 就会影响信号的完整性(signal integrity)。

其次,是走线方面的技巧,信号线在PCB中的走线应注意以下几点:

1、走线长度:在设计时,应该尽量让布线长度短,以减少由于走线过长带来的干扰问题。见下图一、二所示。

浅谈网络模块PCB设计技巧

图一

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图二

2、走线的方向控制:相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线。见下图三、四所示。

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图三

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图四

3、窜扰控制:串扰(CrossTalk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服串扰的主要措施是:加大平行布线的间距,遵循3W规则;在平行线间插入接地的隔离线。见下图五所示。

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图五

4、屏蔽保护:对频率高的模块,应该考虑采用同轴电缆屏蔽结构设计保护信号线,即将所布的线上下左右用地线隔离,而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。见下图六、七所示。

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图六

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图七

5、阻抗匹配:同一网络的布线宽度应保持一致,线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀,当传输的速度较高时会产生反射,在设计中应该避免。见下图八、九所示。

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图八

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图九

6、倒角:PCB布线应避免产生锐角和直角,产生不必要的辐射,同时工艺性能也不好。锐角和直角易产生”天线效应”,减少不必要的干扰辐射和接受,否则可能带来不可预知的结果。见下图十、十一所示。

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图十

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图十一

7、避免走线闭环:信号线在不同层间形成自环后,自环将引起辐射干扰。见下图十二、十三所示。

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图十二

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图十三

8、避免走线谐振:主要针对高频信号设计而言,即布线长度不得与其波长成整数倍关系,以免产生谐振现象。见下图十四、十五所示。

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图十四

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图十五

我国综合布线产业生产和科研方面都有了很快的发展速度。但是,与世界上其它综合布线产业发达的国家相比,我国在技术开发、教育培训等方面都还存在较大的差距,以上也只是笔者的个人经验与大家分享。

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