解決下一代高密度互連 PCB 設(shè)計(jì)中的 EMI 測(cè)試挑戰(zhàn)

    PCB 評(píng)估期間需要考慮許多因素。必須根據(jù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性來(lái)選擇要使用的工具。隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，控制物理布線(xiàn)和電氣元件的需求也隨之增加，為約束輸入成為設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵路徑鋪平了道路。

    然而，太多的設(shè)計(jì)約束會(huì)限制設(shè)計(jì)的靈活性。工程師必須了解他們的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)規(guī)則，以便知道何時(shí)靈活運(yùn)用。

    圖 1：典型的集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)定義或原理圖輸入開(kāi)始。
    典型的集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)定義或原理圖輸入開(kāi)始。設(shè)計(jì)定義與約束編輯緊密集成，設(shè)計(jì)人員可以在其中定義物理和電氣約束。電氣約束將驅(qū)動(dòng)模擬器進(jìn)行布局前和布局后分析的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證。
    仔細(xì)觀察設(shè)計(jì)定義，您會(huì)發(fā)現(xiàn)它還與 FPGA/PCB 集成相關(guān)，旨在提供雙向集成、數(shù)據(jù)管理以及在 FPGA 和 PCB 之間執(zhí)行并發(fā)設(shè)計(jì)的能力。
    在布局階段，在設(shè)計(jì)定義期間輸入的相同約束規(guī)則用于物理實(shí)現(xiàn)。這減少了紙張排版容易出錯(cuò)的可能性。引腳交換、柵極交換甚至 IO。銀行交換必須更新回設(shè)計(jì)定義，以便設(shè)計(jì)同步。
    在評(píng)估過(guò)程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮哪個(gè)因素重要。以下是設(shè)計(jì)人員在評(píng)估現(xiàn)有工具的功能或采購(gòu)新工具時(shí)必須考慮的趨勢(shì)列表。
    1. 高密度互連（HDI）。半導(dǎo)體的復(fù)雜性和門(mén)總數(shù)的增加要求 IC 具有更多的引腳以及更細(xì)的引腳間距。目前，1mm間距BGA上有超過(guò)2,000個(gè)引腳，0.65mm間距器件上有296個(gè)引腳是很常見(jiàn)的。
    對(duì)更快上升時(shí)間的需求加上 SI 的需要需要越來(lái)越多的電源和接地引腳。因此，這推動(dòng)了對(duì)多層中層的需求以及對(duì)帶有微孔的 HDI 的需求。
    HDI 是為滿(mǎn)足這些需求而開(kāi)發(fā)的互連技術(shù)。微孔、更薄的電介質(zhì)以及更小的走線(xiàn)和空間是 HDI 的主要特征。
    2.射頻設(shè)計(jì)。RF 電路應(yīng)直接設(shè)計(jì)到系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)板布局中，而不是在單獨(dú)的環(huán)境中進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)換。
    仍然需要射頻仿真環(huán)境的所有仿真、調(diào)諧和優(yōu)化功能，但仿真環(huán)境可以提供比實(shí)際設(shè)計(jì)更原始的數(shù)據(jù)。因此，消除了數(shù)據(jù)模型之間的差異和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。
    首先，設(shè)計(jì)人員可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和射頻仿真之間直接進(jìn)行交叉探測(cè)。其次，如果設(shè)計(jì)人員有大型或復(fù)雜的射頻設(shè)計(jì)，他們可以將電路仿真分布到多個(gè)計(jì)算平臺(tái)上并行運(yùn)行，從而縮短仿真時(shí)間?；蛘撸麄兛梢詫⒍嗄K設(shè)計(jì)中的每個(gè)電路發(fā)送到單獨(dú)的模擬器。
    3.先進(jìn)封裝?，F(xiàn)代產(chǎn)品的功能復(fù)雜性不斷增加，需要相應(yīng)增加無(wú)源器件，主要是低功耗高頻應(yīng)用的去耦電容器和終端電阻器。
    盡管多年來(lái)無(wú)源器件的 SMD 封裝已大幅縮小，但在嘗試實(shí)現(xiàn)密度時(shí)，答案仍然是相同的：將它們埋起來(lái)。印刷組件從 MCM 和混合器件過(guò)渡到當(dāng)今的系統(tǒng)級(jí)封裝和作為嵌入式無(wú)源器件的 PCB。
    一路走來(lái)，它們已經(jīng)適應(yīng)了當(dāng)前的制造技術(shù)。例如，在層壓結(jié)構(gòu)中包含電阻材料層以及在 microBGA 封裝正下方創(chuàng)建串聯(lián)終端電阻器，可以改善電路性能。
    現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)具有嚴(yán)格公差的嵌入式無(wú)源器件，以避免制造過(guò)程中的激光修整。無(wú)線(xiàn)組件在基板內(nèi)的集成度也不斷提高。
    4. 剛撓結(jié)合板。為了設(shè)計(jì)剛撓結(jié)合板，必須考慮影響制造工藝的所有因素。工程師不能簡(jiǎn)單地將剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 設(shè)計(jì)為另一個(gè)剛性 PCB。
    他們必須管理設(shè)計(jì)的彎曲區(qū)域，以確保設(shè)計(jì)元素不會(huì)因彎曲力而導(dǎo)致應(yīng)力斷裂或?qū)w分層。還需要考慮機(jī)械因素，例如彎曲半徑、電介質(zhì)厚度和類(lèi)型、箔重量、銅鍍層、整體電路厚度、層數(shù)和彎曲數(shù)量。
    了解剛?cè)峤Y(jié)合設(shè)計(jì)并確定產(chǎn)品是否允許您創(chuàng)建剛?cè)峤Y(jié)合設(shè)計(jì)非常重要。
    5. 規(guī)劃信號(hào)完整性。 近年來(lái)，關(guān)于Serdes 或串行互連的并行總線(xiàn)架構(gòu)和差分對(duì)架構(gòu)的新技術(shù)不斷發(fā)展。
    顯示了并行總線(xiàn)和 Serdes 設(shè)計(jì)的典型設(shè)計(jì)問(wèn)題類(lèi)型。并行總線(xiàn)的局限性在于系統(tǒng)時(shí)序變化，例如偏差和傳播。由于總線(xiàn)寬度上存在偏差，針對(duì)時(shí)序約束進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)很困難。提高時(shí)鐘速度只會(huì)使問(wèn)題惡化。
    同時(shí)，差分對(duì)架構(gòu)在硬件級(jí)別使用具有交換點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的串行通信。一般來(lái)說(shuō)，它跨單向串行“通道”移動(dòng)數(shù)據(jù)，這些通道可堆疊為 1、2、4、8、16 和 32 寬的配置。
    每個(gè)通道承載一個(gè)字的 1 個(gè)字節(jié)，因此總線(xiàn)可以處理 8 位到 256 位的數(shù)據(jù)寬度，并且通過(guò)使用錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。然而，由于高速率，出現(xiàn)了其他設(shè)計(jì)問(wèn)題。高頻時(shí)鐘恢復(fù)給系統(tǒng)將時(shí)鐘快速鎖定到輸入數(shù)據(jù)流的能力帶來(lái)了很大的負(fù)擔(dān)，并且它減少了整體周期到周期的抖動(dòng)，從而提高了電路的抖動(dòng)容限。
    電源噪聲給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題。這種類(lèi)型的噪聲增加了出現(xiàn)大量抖動(dòng)的可能性，使得眼圖打開(kāi)更加困難。其他挑戰(zhàn)包括降低共模噪聲以及解決 IC 封裝、電路板、電纜和連接器造成的損耗影響問(wèn)題。