如何使用IBIS模型进行PCB信号完整性分析

出处:互联网 发布于:2019-09-30 15:05:29 | 138 次阅读

  较多的PCB工程师,他们经常画电脑主板,对Allegro等优秀的工具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗控制,如何使用工具进行信号完整性分析。如何使用IBIS模型我觉得真正的PCB高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,过过孔的基础上对布通一块板子容易,布好一块好难。
  小资料对于电源、地的层数以及信号层数确定后,它们之间的相对排布位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题;
  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;
  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。
  对于母板的层排布,现有母板很难控制平行长距离布线,对于板级工作频率在50MHZ以上的(50MHZ以下的情况可参照,适当放宽),建议排布原则:元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽);
  无相邻平行布线层;
  所有信号层尽可能与地平面相邻;
  关键信号与地层相邻,不跨分割区。
  如何使用IBIS模型进行PCB信号完整性分析
  注:具体PCB的层的设置时,要对以上原则进行灵活掌握,在领会以上原则的基础上,根据实际单板的需求,如:是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等,确定层的排布,切忌生搬硬套,或抠住一点不放。
  以下为单板层的排布的具体探讨:*四层板,优选方案1,可用方案3方案电源层数地层数信号层数1 2 3 4 1 1 1 2 S G P S 2 1 2 2 G S S P 3 1 1 2 S P G S方案1此方案四层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、地平面的分布阻抗;保证电源平面的去藕效果;为了达到一定的屏蔽效果,有人试图把电源、地平面放在TOP、BOTTOM层,即采用方案2:此方案为了达到想要的屏蔽效果,至少存在以下缺陷:电源、地相距过远,电源平面阻抗较大电源、地平面由于元件焊盘等影响,极不完整由于参考面不完整,信号阻抗不连续实际上,由于大量采用表贴器件,对于器件越来越密的情况下,本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面,预期的屏蔽效果很难实现;方案2使用范围有限。但在个别单板中,方案2不失为最佳层设置方案。
  以下为方案2使用案例;案例(特例):设计过程中,出现了以下情况:
  A、整板无电源平面,只有GND、PGND各占一个平面;
  B、整板走线简单,但作为接口滤波板,布线的辐射必须关注;
  C、该板贴片元件较少,多数为插件。
  分析:1、由于该板无电源平面,电源平面阻抗问题也就不存在了;
  2、由于贴片元件少(单面布局),若表层做平面层,内层走线,参考平面的完整性基本得到保证,而且第二层可铺铜保证少量顶层走线的参考平面;
  3、作为接口滤波板,PCB布线的辐射必须关注,若内层走线,表层为GND、PGND,走线得到很好的屏蔽,传输线的辐射得到控制;鉴于以上原因,在本板的层的排布时,决定采用方案2,即:GND、S1、S2、PGND,由于表层仍有少量短走线,而底层则为完整的地平面,我们在S1布线层铺铜,保证了表层走线的参考平面;五块接口滤波板中,出于以上同样的分析,设计人员决定采用方案2,同样不失为层的设置经典。
  列举以上特例,就是要告诉大家,要领会层的排布原则,而非机械照搬。
  方案3:此方案同方案1类似,适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号底层布线的情况;一般情况下,限制使用此方案;*六层板:优选方案3,可用方案1,备用方案2、4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,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;在成本要求较高的时候,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更适合,它能提供极佳的布线层S2. *八层板:优选方案2、3、可用方案1对于单电源的情况下,方案2比方案1减少了相邻布线层,增加了主电源与对应地相邻,保证了所有信号层与地平面相邻,代价是:牺牲一布线层;对于双电源的情况,推荐采用方案3,方案3兼顾了无相邻布线层、层压结构对称、主电源与地相邻等优点,但S4应减少关键布线;方案4:无相邻布线层、层压结构对称,但电源平面阻抗较高;应适当加大3-4、5-6,缩小2-3、6-7之间层间距;方案5:与方案4相比,保证了电源、地平面相邻;但S2、S3相邻,S4以P2作参考平面;对于底层关键布线较少以及S2、S3之间的线
  间窜扰能控制的情况下此方案可以考虑;*十层板:推荐方案2、3、可用方案1、4方案3:扩大3-4与7-8各自间距,缩小5-6间距,主电源及其对应地应置于6、7层;优选布线层S2、S3、S4,其次S1、S5;本方案适合信号布线要求相差不大的场合,兼顾了性能、成本;推荐大家使用;但需注意避免S2、S3之间平行、长距离布线;
  方案4:EMC效果极佳,但与方案3比,牺牲一布线层;在成本要求不高、EMC指标要求较高、且必须双电源层的关键单板,建议采用此种方案;优选布线层S2、S3,对于单电源层的情况,首先考虑方案2,其次考虑方案1.方案1具有明显的成本优势,但相邻布线过多,平行长线难以控制;*十二层板:推荐方案2、3,可用方案1、4、备用方案5
  以上方案中,方案2、4具有极好的EMC性能,方案1、3具有较佳的性价比;
  对于14层及以上层数的单板,由于其组合情况的多样性,这里不再一一列举。大家可按照以上排布原则,根据实际情况具体分析。
  以上层排布作为一般原则,仅供参考,具体设计过程中大家可根据需要的电源层数、布线层数、特殊布线要求信号的数量、比例以及电源、地的分割情况,结合以上排布原则灵活掌握
  6层板以后的各个方案在哪?
  6层和8层来了*六层板,优选方案3,可用方案1,备用方案2、4方案电源地信号1 2 3 4 5 6 1 1 1 4 S1 G S2 S3 P S4 2 1 1 4 S1 S2 G P S3 S4 3 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3 4 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3 *八层板:优选方案2、3、可用方案1方案电源地信号1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 2 5 S1 G1 S2 S3 P S4 G2 S5 2 1 3 4 S1 G1 S2 G2 P S3 G3 S4 3 2 2 4 S1 G1 S2 P1 G2 S3 P2 S4 4 2 2 4 S1 G1 S2 P1 P2 S3 G3 S4 5 2 2 4 S1 G1 P1 S2 S3 G2 P2 S4 EMC问题
  在布板的时候还应该注意EMC的抑制哦!!这很不好把握,分布电容随时存在!!
  如何接地!
  PCB设计原本就要考虑很多的因素,不同的环境需要考虑不同的因素。另外,我不是PCB工程师,经验并不丰富:)))
  地的分割与汇接
  接地是抑制电磁干扰、提高电子设备EMC性能的重要手段之一。正确的接地既能提高产品抑制电磁干扰的能力,又能减少产品对外的EMI发射。
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关键词:PCB信号

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