数字电路设计(200例数字电路设计)
答:能够旁路并滤除高频电流和低频电流混合的交流电的高频成分的电容器称为“旁路电容器”。对于同一电路，旁路电容以输入信号中的高频噪声为滤波对象，滤除前一级携带的高频杂波。
去耦电容是安装在电路中元件电源端的电容。这个电容可以提供稳定的电源，同时可以降低耦合到电源端的元件的噪声，通过这个元件的噪声间接降低其他元件的影响。
解耦和旁路可以看作是滤波。去耦电容相当于电池，避免了电流突变引起的电压下降，相当于滤波纹波。比电容可以根据电流、预期纹波和作用时间来计算。一般去耦电容都很大，对于高频噪声基本无效。旁路电容是针对高频的，也就是利用了电容的频率阻抗特性。一般来说，电容器可以被视为RLC系列模型。在一定频率下，发生谐振，电容的阻抗等于其ESR。如果看电容器的频率阻抗曲线，会发现一般是V型曲线。具体曲线与电容的介电有关，所以选择旁路电容时也要考虑电容的介电。比较安全的方法是连接几个电容，关系如图1-47所示。
表1-47旁路电容和去耦电容原理图
1.72什么是相声？
答:串扰是指一条线路中的能量耦合到其他传输线。它是由同一地区不同结构产生的电磁场相互作用而产生的。串扰在数字电路中非常普遍，比如芯片内部、PCB板、连接器、芯片封装、通信电缆等等。
串扰可能是高速数据传输中最重要的因素。这是一个不受欢迎的能量值，由一个信号耦合到另一个信号产生。根据麦克斯韦定律，只要有电流就会有磁场，磁场之间的干涉就是串扰的来源。该感应信号可能导致数据传输丢失和传输错误。所以，串扰无疑是综合布线最强大的天敌。
1.73引起串扰的因素有哪些？
答:互感是引起串扰的两个重要因素之一。互感系数表示一条驱动传输线通过磁场对另一条传输线产生感应电流的程度。本质上，如果“受攻击线”与驱动线(攻击线)之间的距离足够近，使得攻击线产生的磁场包围受攻击线，就会在攻击方传输线上产生感应电流，这种磁场耦合产生的电流在电路模型中用互感参数来表征。在互感的作用下，根据驱动线的电流变化率，受害线上会产生一定的噪声，噪声电压与电流变化率成正比。
互电容是导致串扰的另一个重要因素。互电容是两个导体之间简单的电场耦合，在电路模型中以互电容的形式表现出来。互电容将产生与攻击线到受害线的电压转换率成比例的噪声电流。
1.74降低串扰的方法有哪些？
回答:有几种方法可以减少串扰:
增加信号路径间距，使用一个平面作为返回路径，使耦合长度尽可能短，在带状线层布线，降低信号路径的特性阻抗，使用低介电常数的叠层，在封装和连接器中不共用返回引脚，使用两端和全线短路过孔的保护布线。更多关于PCB中降低串扰的处理方法，可以到本书的学习论坛“PCB联盟网”免费下载学习。
1.75什么是过孔，过孔包含哪些元素？
答:过孔，也叫金属化孔。在双面板和多层板中，为了连接层间的印刷线路，在层间要连接的线路的交叉处钻出公共孔，即通孔。
过孔的本质其实就是过孔的焊盘，焊盘有外径和内径。我们可以从图1-48所示的过孔焊盘堆栈剖面图中看到Allegro软件中过孔焊盘的元素。
图1-48通孔焊盘的轮廓
常规垫:常规垫，正片中看到的垫，也是基础垫。
散热:热风垫，也叫花垫，在负片中有效。它是为焊盘和负膜镀铜的连接而设计的，防止焊接时散热影响工艺。
反焊盘:隔离焊盘，焊盘和镀铜之间的距离，在负片工艺中有效。
阻焊层:阻焊层，它定义了阻焊层的大小，并规定了用于粘合的绿色油窗的大小。
Pastemask:钢网层，定义钢网的窗口大小。粘贴时会根据钢网的位置和大小涂上锡膏。
1.76什么是盲埋孔？
答:盲埋孔是盲孔和埋孔的统称。盲孔是连接内部PCB走线和外部PCB走线的一种过孔，不会穿透整个电路板。埋入式过孔仅连接内层之间走线的过孔类型，从PCB表面看不到。
盲孔一般是用激光钻的，从PCB的表层钻至内层， *** 透整个PCB。激光打孔的尺寸为0.1mm，厚度约为60-70um，视PCB厂商的工艺能力而定。所以在PCB设计软件中，盲孔尺寸一般是4密耳钻孔，10密耳焊盘。
埋孔和普通钻具一样。埋孔只连接内层之间的走线，表层通过盲孔连接。盲孔和埋孔应连接整个PCB板。比如六层一等板的设计，盲孔是1-2和5-6；其埋孔为2-5。PCB设计中使用的埋孔尺寸要和通孔尺寸一样大，一般设置为8密耳孔和16密耳焊盘。对盲埋孔设计有疑问的读者可以联系作者( *** : 1763146079邮箱:huangy@fany-ed *** )寻求技术支持。
1.77 HDI是否定义了HDI板的顺序？
答:基于盲埋孔的板，我们要根据压整板的次数和激光打孔的次数来确定HDI板的顺序。这里，我们以6层板为例来详细说明。其他的可以根据这个规律类推:
6级1 HDI板指，盲孔:1-2，2-5，5-6。即1-2、5-6需要激光打孔；
6层二阶HDI板指，盲孔:1-2，2-3，3-4，4-5，5-6。即需要两次激光打孔。先钻3-4个埋孔，再按2-5，之一次钻2-3，4-5个激光孔，第二次按1-6，第二次钻1-2，5-6个激光孔。最后，钻通孔。可以看到二阶HDI板经过了两次压制和两次激光打孔。
另外，二阶HDI板可以分为交错二阶HDI板和重叠二阶HDI板两种。交错的二阶HDI板是指盲孔1-2和2-3交错，重叠的二阶HDI板是指盲孔1-2和2-3叠在一起，如:盲孔:1-3，3-4，4-6。
1.78过孔的两个寄生参数是什么，有什么影响，应该如何消除？
答:过孔的两个寄生参数是寄生电容和寄生电感。
过孔本身对地具有寄生电容。如果已知接地层上过孔的隔离孔的直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T，板基板的介电常数为ε，则过孔的寄生电容可由下式近似计算:C=1.41εTD1/(D2-D1)。
过孔的寄生电容会对电路产生主要影响，就是延长信号的上升时间，降低电路的速度。例如，对于厚度为50Mil的PCB板，如果使用内径为10Mil、焊盘直径为20Mil的过孔，焊盘到接地铜区的距离为32Mil，我们可以通过上面的公式大致计算出过孔的寄生电容:C = 1.41 x4.4x 0.050 x 0.020/(0.032-0.020)= 0.517 pf .从这些值， 可以看出，虽然减缓单个过孔寄生电容引起的上升延迟效果不明显，但是如果在布线中多次使用过孔进行层间切换，影响还是会比较大。
过孔中既有寄生电容，也有寄生电感。在高速数字电路设计中，过孔中寄生电感造成的危害往往大于寄生电容的影响。其寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献和整个供电系统的滤波效果。
我们可以简单地用下面的公式计算通孔的近似寄生电感:L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L是指通孔的电感，H是通孔的长度，D是中心钻孔的直径。从公式中可以看出，过孔直径对电感的影响很小，而过孔长度对电感的影响更大。还是用上面的例子，过孔的电感可以计算为:L = 5.08 x 0.050[ln(4x 0.050/0.010)+1]= 1.015 NH，如果信号的上升时间为1ns，则等效阻抗为XL =πL/T10-90 = 3.19ω。高频电流通过时，这样的阻抗是不能忽略的。特别是旁路电容在连接电源层和接地层时需要穿过两个过孔，这样过孔的寄生电感会加倍。
为了消除过孔寄生电容和电感的影响，我们可以采取以下措施。
选择合理的过孔尺寸。比如6-10层PCB设计，更好选择10/20Mil(钻孔/焊盘)过孔。对于一些高密度小尺寸板，也可以尝试使用8/18Mil过孔。
使用更薄的PCB有利于降低过孔的两个寄生参数；
PCB上的信号走线尽量不要换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔；
电源和地的引脚要就近打孔，过孔和引脚之间的引线越短越好，因为会导致电感增加。同时，电源和地的引线要尽可能粗，以降低阻抗；
在信号变换层的过孔附近放置一些接地过孔，以便为信号提供最近的环路。甚至可以在PCB上放置大量冗余接地过孔。
1.79什么是孤岛铜皮，有什么影响？
答:绝缘铜皮，也叫绝缘形状，是指PCB中绝缘的，不与任何地方连接的铜箔。在Allegro软件中，系统会自动统计孤立铜皮的数量，如图1-49所示。一般我们在PCB上设计隔离铜皮的时候，尽量在大的隔离铜皮上做接地过孔。将铜皮接地，使整个PCB具有更好的连接性。对于小岛铜皮，我们选择删除，点击形状-删除岛，删除整个岛铜皮，如图1-50所示。
隔离铜皮的存在主要是和周围信号造成天线效应，造成PCB的EMI问题，对高速信号线造成干扰。因此，我们建议更好删除PCB上的孤立铜皮。
图1-49孤岛铜报表示意图
图1-50删除孤岛铜的示意图
1.80什么是平衡铜，它的作用是什么？
答:平衡铜，就是一些没有 *** 的在PCB上铺开的网格铜皮，没有真正的电气连接。在PCB上铺设平衡铜的目的是为了平衡和防止PCB翘曲。当PCB的叠层结构不对称时，会出现这样的情况，某一层会有大量的铜，而相应层的铜很少。哪一层铜箔比较少，就会铺一些没有网的铜箔，增加铜箔的含量。这种铜箔称为平衡铜，主要目的是起到平衡作用，使层压的对称和对称层尽可能具有相同的铜箔含量。
