关于PCB面试问题

1. 什么是PCB Layout？其主要目的是什么？
   PCB Layout（Printed Circuit Board Layout），即印刷电路板布局，是将原理图上的元件合理布局在PCB板材上，并完成布线，同时要符合生产制造工艺。其主要目的是实现电路的物理连接，确保电气性能稳定，并满足可制造性、可靠性和成本要求。
2. 简述PCB Layout的基本步骤。
   • 原理图编译打包，确保无误并导入PCB软件
   • 网表导入
   • 元件布局（考虑结构、功能模块、散热、干扰等）
   • 设置布线规则（线宽、线距、差分线、过孔等）
   • 布线
   • DRC检查、工艺检查、评审
   • 输出生产文件（Gerber、叠层、阻抗要求等）
3. PCB常见的层数有哪些？层数选择主要考虑哪些因素？
   常见层数有单面板、双面板、四层板、六层板、八层板等。层数越多，工艺越复杂，成本越高。选择时主要考虑电路复杂度、信号速率、抗干扰要求、成本等因素。

二、布局与布线

1. 元件布局时，需要考虑哪些主要因素？
   • 根据结构图放置接口和元件，确保机械匹配
   • 发热元件远离对温度敏感的元件
   • 易受干扰模块远离干扰源（如DCDC模块）
   • 在满足性能的前提下，尽量减小板尺寸以降低成本
   • 信号走线尽量短
   • 数字器件和模拟器件分开，尽量远离
   • 去耦电容尽量靠近器件的VCC
2. 电源和地线处理的一般原则是什么？
   • 电源线和地线尽量加粗
   • 地线通常不布成闭合形式，而是树枝状，并尽可能增大接地面积
   • 划分地线（如保护地、信号地、数字地、模拟地）主要是出于EMC考虑，防止噪声干扰
3. 什么是“3W原则”？其主要目的是什么？
   “3W原则”是指线与线的中心间距不小于3倍线宽。目的是为了减少并行线间的串扰。

三、高速信号与阻抗控制

1. 什么是阻抗匹配？为什么需要进行阻抗匹配？
   阻抗匹配是指信号传输过程中源端、传输线和负载端的阻抗相等。目的是防止信号反射，保证信号完整性。如果阻抗不匹配，信号会在源端和不匹配点之间来回反射，导致信号衰减、失真。
2. 哪些因素会影响传输线的阻抗？
   影响阻抗的主要因素有：线宽、铜厚、介质层的介电常数、介质厚度。对于差分阻抗，还会受到差分对间距的影响。
3. 高速信号布线有哪些主要要求？
   • 走线尽量短（长线更容易受干扰或干扰别人）
   • 避免不必要的过孔（过孔会带来寄生电容电感，造成阻抗不匹配和回流问题）
   • 保证完整的回流地路径（参考层要完整）
   • 包地处理，减少干扰
   • 走线避免锐角或直角，尽量采用弧线或45度角
4. 什么是差分信号？为什么要采用差分线？走差分线需要注意什么？
   • 差分信号是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较电压差值判断逻辑状态。
   • 优点：抗干扰能力强（共模噪声被抑制）、有效抑制EMI（电磁场相互抵消）、时序定位精确。
   • 布线注意：等长、等距、紧耦合，同层平行走线，不跨分割。

四、EMC/EMI与信号完整性

1. EMC和ESD分别代表什么？
   • EMC：电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）
   • ESD：静电释放（Electro-Static discharge）
2. PCB设计中，常采用哪些措施来改善EMC/EMI？
   • 对关键高速信号和时钟信号进行包地处理，并提供完整回流路径
   • 时钟信号源端可串联RC滤波
   • 接口端子处的滤波电容尽量靠近端子放置
   • 有飞线的接口尽量放在板边，避免飞线跨过高速或时钟信号
   • DCDC电源的回流路径尽量短
   • 对高速信号线进行阻抗控制
   • 使用屏蔽罩时，屏蔽罩与PCB地接触要好，多打地过孔
3. 什么是串扰？减小串扰的方法有哪些？
   • 串扰是因容性耦合和感性耦合引起的噪声。
   • 减小方法：遵循3W原则、增加信号间距、减小平行走线长度、保持回路完整性、相邻层走线正交等。

五、PCB工艺与制造

1. 什么是DFM？其在PCB Layout中的主要考虑有哪些？
   • DFM（可制造性设计）是指设计产品时要充分考虑生产过程的可制造性。
   • 考虑因素：了解制造商工艺能力（如最小孔径、最小线间距）、同种有极性器件方向尽量一致、IC方向考虑过锡炉方向、器件间最小间距、SMD板至少需要2个光学定位点等。
2. PCB的表面处理方式有哪些？（列举3种）
   常见的有喷锡（HASL）、沉金（ENIG）、OSP（有机保焊膜）。
3. 1OZ（盎司）铜厚大约是多少？1mm线宽（1OZ铜厚）能承载多大电流？
   • 1OZ铜厚 ≈ 1.4 mil
   • 1mm线宽（1OZ铜厚）约可承载1A电流。9（此为经验值，实际需参考电流温升曲线）
4. 在PCB设计中，阻焊层（Soldermask）和锡膏层（Pastemask）分别是什么作用？
   • 阻焊层（Soldermask）：定义板子上不需上绿油的区域，即露出需要焊接的铜箔（如焊盘）。
   • 锡膏层（Pastemask）：主要用于SMT贴片，定义钢网上开孔的位置和形状，以便刷锡膏。

六、实际应用与接口设计

1. USB差分线阻抗控制要求是多少？布线时应注意什么？
   • 阻抗要求：通常为90欧姆差分阻抗。
   • 注意事项：差分对走线（等长、等距）、同层平行走线、尽量少打过孔、提供完整参考地平面。
2. HDMI接口布线的主要要求是什么？
   • 阻抗要求：通常为100欧姆差分阻抗。
   • 其他要求与高速差分线类似：等长、等距、完整参考平面等。
3. 时钟信号布线应特别注意什么？
   时钟信号对信号完整性非常敏感，需特别注意避免过冲、振铃等问题，并通常需要包地、提供完整回流路径、源端匹配等。

七、综合与计算

1. 信号在FR-4板材（Er=4）中的传播速度大约是多少？
   信号在FR-4板材带状线中的传播速度约为 6inch/ns。（注：微带线中会稍快一些）
2. 一条50欧姆阻抗线，遇到阻抗突变点（75欧姆），求此处的电压反射系数。
   电压反射系数 Γ = (Zl - Z0) / (Zl + Z0) = (75 - 50) / (75 + 50) = 25 / 125 = 0.2。
3. 请说明PCB设计中铺铜的主要目的。
   • EMC屏蔽：大面积地或电源铜皮可起到屏蔽作用。
   • 工艺要求：保证电镀效果或层压不变形。
   • 信号完整性：提供完整回流路径，减少直流网络布线。
   • 散热：帮助元件散热。
   • 特殊器件安装：满足某些器件的安装要求。