硬件设计系列--经验总结QA(一)

Q1: PCB设计中两条信号线平行走线，过长会引起什么后果？
A1: 从信号完整性方面分析，过长的走线耦合会增强，串扰的本质即耦合，所以平行走线过长会引起串扰，在信号电平上可能会引起误码操作。
Q2:RS232和RS485的主要区别？
A2:RS232是利用传输线和公共地之间的电压传输信号，RS485是利用传输线之间的电压差进行传输信号，由于电压差分对的存在，可以很好的抑制共模干扰，所以485传输更远。
Q3:如何防止传输线上串联连接中的信号线变缓或者产生尖峰？
A3:对于传输线上任何串联连接都有电容参数，为了使其不产生对信号变缓趋势，需要满足C<4RT，对于传输线上任何串联连接都有电感参数，为了使其不产生尖峰信号，需要满足L<0.2Z0RT。
Q4:AD转换电路中，滤波为什么采用磁珠滤波，而不是电感？
A4:滤波电路对于AD器件的影响较大，噪声大，可能会引起误码操作，磁珠滤波是吸收噪声，转化成热量，电感滤波反射噪声，并没有消除噪声。
Q5:电感，磁珠和电容滤波原理分别是什么？
A5:下面分点陈述。

1.磁珠滤波是吸收噪声，磁珠的等效形式为"电感+电阻";
a-在低频端，磁珠表现为感性，反射噪声；
b-在高频段表现为阻性，吸收噪声，并转化成热；
所以选择磁珠是需要考虑电路上的信号和噪声所处的频带，尽量让工作频率高于磁珠的转化频率，处于阻性范围，而不是你感性范围；
对于磁珠的选择要考虑：
1）考虑信号工作的频带范围，好确定磁珠的选型，尽量让其大于磁珠的转换频率；
2）直流电阻，选择低Rdc，降低流过磁珠本身的损耗；
3）额定电流，选择磁珠的额定电流尽量接近或者大于工作电流；
4）自谐振频率，应选择自谐振频率较高的磁珠，因为工作频率大于自谐振频率时，会表现为电容特性，会迅速降低阻抗。

2.电感滤波是反射噪声，电感的作用：
1）通直阻交；
2）滤波；
3）阻碍电流的变化，维持电流的稳定；
因为电感本身有一定的阻抗，所以在大电流过流时需要考虑电感上的压降，还要注意LC高通或者低通滤波器，不要使谐振频率工作在器件本身的工作频带范围内，否则会引起谐振，纹波变大，选择电感时，其谐振频率要高于工作频率，当低于谐振频率时，电感值保持稳定；高于谐振频率时(增大到一定程度不再增加，频率在增加，电感表现为电容性，会随着频率增大而迅速减小。

3.电容滤波是反射噪声，电容的等效模型为电感+电容+电阻的串联；
电容的作用：
1）隔直通交；
2）滤波，高频噪声的泄放通道；
3）续流池，维持电压的稳定；
电容有ESR和ESL特性，ESR表现为内部有一定的电阻特性，ESL与电容的封装尺寸有关，F=(ESL*C)^(-1/2)。对于ESL特性，所以在选择电容滤波的时候，尽量不要选择同一封装到不同容值，或者同一容值的不同封装，这对于滤波会有一定的作用，但是不明显，滤波效果较好的是不同容值不同封装的类型，可以基本上滤除各个频段的噪声。
对于电容的选择一般是：陶瓷电容–高频，钽电容–中频，电解电容–低频；容值越大的钽电容其ESR越小。在谐振频率之前，电容表现为电容特性，随着频率的增加，阻抗变小，但是随着频率超过工作频率，会使得电容转为电感特性，随着频率的增大，阻抗变大；

Q6:PCB布线中的3W，20H，五五规则分别是什么？
A6:下面分点陈述。

1.3W规则是相邻走线的中心距为标准线宽的3倍，则可保持70%的线间电场不互相干扰；如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W规则；适用于PCB上的时钟线、差分线、视频、音频信号线，复位信号线及其他系统关键电路需要遵循3W原则，并不是板上所有的布线都要强制符合3W原则。

2.H表示电源层到底层的厚度，电源层相对于底层内缩20H，以吸收电源平面的辐射，抑制边缘辐射效应。20H规则有效的提高了EMC。若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内；内缩100H则可以将98%的电场限制在内。
20H规则仅在某些特定的条件下才会提供明显的效果：
特定条件包括有：
1）在电源总线中电流波动的上升/下降时间要小于1ns。
2）电源平面要处在PCB的内部层面上，并且与它相邻的上下两个层面都为0V平面。这两个0V平面向外延伸的距离至少要相当于它们各自与电源平面间层距的20倍。
3）在所关心的任何频率上，电源总线结构不会产生谐振。
4）PCB的总导数至少为8层或更多。

3.五五规则
印制板层数选择规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板，这是一般的规则，有的时候出于成本等因素的考虑，采用双层板结构时，这种情况下，最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。