10個和高速PCB設(shè)計相關(guān)的重要知識分享

在高速PCB設(shè)計的學(xué)習(xí)中，有很多的知識點需要大家去了解和掌握，比如常見的信號完整性、反射、串?dāng)_、電源噪聲、濾波等。本文就和大家分享10個和高速PCB設(shè)計相關(guān)的重要知識，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助。

信號完整性

信號完整性（英語：Signal integrity，SI）是指信號在傳輸路徑上的質(zhì)量，傳輸路徑可以是普通的金屬線，可以是光學(xué)器件，也可以是其他媒質(zhì)。

在短距離、低比特率的情況里，一個簡單的導(dǎo)體可以忠實地傳輸信號。

而長距離、高比特率的信號如果通過幾種不同的導(dǎo)體，多種效應(yīng)可以降低信號的可信度，這樣系統(tǒng)或設(shè)備不能正常工作。

隨著集成電路輸出開關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計必須關(guān)心的問題之一。

元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。

信號完整性需要考慮的問題主要有振鈴（ringing）、串?dāng)_（crosstalk）、接地反彈、扭曲(skew)、信號損失和電源供應(yīng)中的噪音。

反射

反射就是在傳輸線上的回波。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載處，但是有一部分被反射了。

如果源端與負(fù)載端具有相同的阻抗，反射就不會發(fā)生了。源端與負(fù)載端阻抗不匹配會引起線上反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端。

如果負(fù)載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負(fù)，反之，如果負(fù)載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。

布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會導(dǎo)致此類反射。

串?dāng)_

串?dāng)_是兩條信號線之間的耦合，信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。

容性耦合引發(fā)耦合電流，而感性耦合引發(fā)耦合電壓。PCB 板層的參數(shù)、信號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串?dāng)_都有一定的影響。

特性阻抗

先來澄清幾個概念，我們經(jīng)常會看到阻抗、特性阻抗、瞬時阻抗，嚴(yán)格來講，他們是有區(qū)別的，但是萬變不離其宗，它們?nèi)匀皇亲杩沟幕径x：

將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗；

將信號隨時遇到的及時阻抗稱為瞬時阻抗；

如果傳輸線具有恒定不變的瞬時阻抗，就稱之為傳輸線的特性阻抗。

特性阻抗描述了信號沿傳輸線傳播時所受到的瞬態(tài)阻抗，這是影響傳輸線電路中信號完整性的一個主要因素。

如果沒有特殊說明，一般用特性阻抗來統(tǒng)稱傳輸線阻抗。

PS：對于高速PCB設(shè)計而言，我們的目標(biāo)是信號在傳輸過程中盡量保持阻抗穩(wěn)定，而這必須保持傳輸線特性阻抗的穩(wěn)定。

電源完整性

電源完整性（Power integrity）簡稱PI，是確認(rèn)電源來源及目的端的電壓及電流是否符合需求。

電源完整性在現(xiàn)今的電子產(chǎn)品中相當(dāng)重要。有幾個有關(guān)電源完整性的層面：芯片層面、芯片封裝層面、電路板層面及系統(tǒng)層面。

其中，在電路板層面的電源完整性要達(dá)到以下三個需求：

使芯片引腳的電壓漣波比規(guī)格要小一些（例如電壓和1V之間的誤差小于+/-50 mV）

控制接地反彈（也稱為同步切換噪聲SSN、同步切換輸出SSO）

降低電磁干擾（EMI）并且維持電磁兼容性（EMC）：電源分布網(wǎng)絡(luò)（PDN）是電路板上最大型的導(dǎo)體，因此也是最容易發(fā)射及接收噪聲的天線。

電源噪聲

電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz~30MHz，最高可達(dá)150MHz。

電源噪聲，特別是瞬態(tài)噪聲干擾，其上升速度快、持續(xù)時間短、電壓振幅度高、隨機性強，對微機和數(shù)字電路易產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

在高頻電路中，電源所帶有的噪聲對高頻信號影響尤為明顯。因此，首先要求電源是低噪聲的。在這里，干凈的地和干凈的電源同樣重要。

濾波

濾波（Wave filtering）是將信號中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項重要措施，濾波分為經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。

并行總線

總線是兩個或兩個以上設(shè)備通訊的共享物理通路，是信號線的集合，是多個部件間的公共連線，用于在各個部件間傳輸信息。

接照工作模式不同，總線可以分為兩種類型：一種是并行總線，一種是串行總線。

并行總線：同一時刻可以傳輸多位數(shù)據(jù)，好比是一條允許多輛車并排開的寬敞道路，而且它還有雙向單向之分。

串行總線

串行總線：在同一時刻只能傳輸一個數(shù)據(jù)，好比只容許一輛車行走的狹窄道路，數(shù)據(jù)必須一個接一個傳輸、看起來仿佛一個長長的數(shù)據(jù)串，故稱為“串行”。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中各個站點相互連接的形式，PCB設(shè)計中的拓?fù)洌傅氖切酒g的連接關(guān)系。

常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括點對點、菊花鏈、遠(yuǎn)端簇型、星型等。

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