如何使用您的PCB走線寬度來改善信號完整性

在設(shè)計(jì)PCB布線的電路板布局時(shí)，走線可能是最重要的考慮因素。這通常涉及以下良好布局設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，例如選擇正確的布線和過孔位置和間距。除了留在內(nèi)部，太多的設(shè)計(jì)很少關(guān)注走線寬度合同制造商（CM）的公差。實(shí)際上，PCB走線的寬度和通孔的尺寸會(huì)嚴(yán)重影響信號的完整性和電流。為了量化這個(gè)概念，讓我們仔細(xì)研究一下信號完整性以及如何通過PCB走線寬度來控制它。

確切地說，什么是信號完整性？

您可能已經(jīng)聽說過信號完整性一詞甚至數(shù)百次。顯然，具有良好的信號完整性是可取的，但是具有良好或不良的信號完整性到底意味著什么呢？讓我們嘗試以提出實(shí)現(xiàn)良好信號完整性或最小化PCB設(shè)計(jì)方面導(dǎo)致不良信號完整性的方面的方法來回答該問題。

信號完整性可以定義為電信號或電子信號在穿過介質(zhì)或路徑時(shí)保持其初始屬性的趨勢的度量。信號以其離開源時(shí)具有的相同幅度，相位，頻率，功率和波形到達(dá)目的地或接收器，將具有完美或絕對的信號完整性。不幸的是，這種情況僅在理論上或真空中存在。實(shí)際上，無論路徑如何，都會(huì)以某種方式修改信號完整性，并且在某些情況下，這些對信號完整性的修改會(huì)嚴(yán)重影響信號的完整性。設(shè)備的可靠性。

PCB信號完整性問題

數(shù)字電子設(shè)備本質(zhì)上是模擬電子設(shè)備，它依賴于準(zhǔn)確確定信號代表高狀態(tài)還是低狀態(tài)的能力。確定狀態(tài)需要定義一個(gè)閾值，高于該閾值將解釋為高狀態(tài)，而低于此閾值將解釋為低狀態(tài)。在某些情況下，不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換速率也是必要的。當(dāng)已經(jīng)改變信號使得不能精確地做出這些確定時(shí)，處理設(shè)備或系統(tǒng)的性能變得不穩(wěn)定，不穩(wěn)定或不可預(yù)測。

對于電氣和電子信號被認(rèn)為具有相對較低的頻率（<50MHz）的PCB，信號完整性通常不是重要問題，因?yàn)樾盘栟D(zhuǎn)換時(shí)間1比在整個(gè)板上傳播的延遲短。但是，對于采用高頻數(shù)字組件的電路板，可能會(huì)出現(xiàn)許多信號完整性問題，其中包括：

l鈴聲–響應(yīng)于變化（例如切換）的信號振蕩。信號通常會(huì)在“建立時(shí)間”后恢復(fù)到正常狀態(tài)。在此狀態(tài)下，信號不可靠，并且可能傳播到其他設(shè)備。

l相聲–當(dāng)一條跡線上的信號通常并行影響另一條跡線上的信號時(shí)發(fā)生。這些信號可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生意外行為。

l地面彈跳–該術(shù)語用于描述電子設(shè)備的接地引腳值和與其連接的實(shí)際接地之間的差異。這是由于設(shè)備引腳和實(shí)際接地之間的導(dǎo)體電感引起的。

l反射–當(dāng)傳輸線上的阻抗不一致時(shí)，反射通常會(huì)發(fā)生在傳輸線或走線上。對于這種情況，一部分傳輸?shù)哪芰繒?huì)反射回源。

l電磁干擾（EMI）–外部輻射設(shè)備對傳播信號的有害干擾。這也稱為噪聲，因?yàn)樗ǔ?huì)增加或減少信號幅度和頻率。該噪聲的大小可以使得不能容易地檢測到感興趣的信號。

盡管上述信號完整性問題的來源不同，但所有這些都受到您的電路板走線的影響。

如何使用PCB走線寬度解決信號完整性問題

信號完整性可能是任何PCB上的主要問題；但是，對于數(shù)據(jù)和信號處理板，這可能是必須解決的最嚴(yán)重的問題。例如，在醫(yī)療設(shè)備，航空航天或汽車系統(tǒng)中執(zhí)行敏感功能的板可能會(huì)遭受誤診，失控甚至死亡的危險(xiǎn)。由于這些原因，您的設(shè)計(jì)應(yīng)始終遵循合同制造商（CM）的指導(dǎo)原則，PCB布局 和 通過選擇。此外，您還可以策略性地利用您的PCB走線寬度來生成最佳的信號完整性設(shè)計(jì)。

所有信號均通過其傳播的路徑，走線或過孔的屬性進(jìn)行修改。最值得注意的是，阻抗會(huì)影響信號電壓，電流幅度和頻率?？梢酝ㄟ^改變走線的長度，厚度和寬度來控制阻抗。如果走線長度和厚度保持恒定或固定，則可以通過更改走線寬度來完全控制阻抗。下表總結(jié)了如何使用這種關(guān)系來解決上面定義的信號完整性問題。

信號完整性是一項(xiàng)不可或缺的性能指標(biāo)，對于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸和關(guān)鍵系統(tǒng)而言，這是不可妥協(xié)的。