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PCB Bolg

PCB Bolg - 高速PCB設計10個重要事項分享

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PCB Bolg - 高速PCB設計10個重要事項分享

高速PCB設計10個重要事項分享
2023-11-17
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Author:iPCB      分享文章

高速PCB設計的學習中,有很多的知識點需要大家去瞭解和掌握,比如常見的信號完整性、反射、串擾、電源雜訊、濾波等。 


1、信號完整性

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

在短距離、低位元速率的情况裏,一個簡單的導體可以忠實地傳輸訊號。

而長距離、高位元速率的訊號如果通過幾種不同的導體,多種效應可以降低訊號的可信度,這樣系統或設備不能正常工作。

隨著集成電路輸出開關速度提高以及PCB板密度新增,信號完整性已經成為高速數位PCB設計必須關心的問題之一。

元器件和PCB板的參數、元器件在PCB板上的佈局、高速訊號的佈線等因素,都會引起信號完整性問題,導致系統工作不穩定,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)、串擾(crosstalk)、接地反彈、扭曲(skew)、訊號損失和電源供應中的譟音。


高速PCB設計

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2、反射

反射就是在傳輸線上的回波。 訊號功率(電壓和電流)的一部分傳輸到線上並達到負載處,但是有一部分被反射了。

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

如果負載阻抗小於源阻抗,反射電壓為負,反之,如果負載阻抗大於源阻抗,反射電壓為正。

佈線的幾何形狀、不正確的線端接、經過連接器的傳輸及電源平面的不連續等因素的變化均會導致此類反射。


3、串擾

串擾是兩條訊號線之間的耦合,訊號線之間的互感和互容引起線上的雜訊。

容性耦合引發耦合電流,而感性耦合引發耦合電壓。PCB板層的參數、訊號線間距、驅動端和接收端的電力特性及線端接管道對串擾都有一定的影響。


4、特性阻抗

先來澄清幾個概念,我們經常會看到阻抗、特性阻抗、暫態阻抗,嚴格來講,他們是有區別的,但是萬變不離其宗,它們仍然是阻抗的基本定義:

4.1將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗;

4.2將訊號隨時遇到的及時阻抗稱為暫態阻抗;

4.3如果傳輸線具有恒定不變的暫態阻抗,就稱之為傳輸線的特性阻抗。

4.4特性阻抗描述了訊號沿傳輸線傳播時所受到的瞬態阻抗,這是影響傳輸線電路中信號完整性的一個主要因素。

4.5如果沒有特殊說明,一般用特性阻抗來統稱傳輸線阻抗。

PS:對於高速PCB設計而言,我們的目標是訊號在傳輸過程中儘量保持阻抗穩定,而這必須保持傳輸線特性阻抗的穩定。


5、電源完整性

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

電源完整性在現今的電子產品中相當重要。 有幾個有關電源完整性的層面:晶片層面、晶片封裝層面、電路板層面及系統層面。

其中,在電路板層面的電源完整性要達到以下三個需求:

使晶片引脚的電壓漣波比規格要小一些(例如電壓和1V之間的誤差小於+/-50 mV)

控制接地反彈(也稱為同步切換雜訊SSN、同步切換輸出SSO)

降低電磁干擾(EMI)並且維持電磁相容性(EMC):電源分佈網絡(PDN)是電路板上型的導體,囙此也是容易發射及接收雜訊的天線。


高速PCB設計

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6、電源雜訊

電源雜訊是電磁干擾的一種,其傳導雜訊的頻譜大致為10kHz~30MHz,可達150MHz。

電源雜訊,特別是瞬態雜訊干擾,其上升速度快、持續時間短、電壓振幅度高、隨機性强,對微機和數位電路易產生嚴重干擾。

在高頻電路中,電源所帶有的雜訊對高頻訊號影響尤為明顯。 囙此,首先要求電源是低雜訊的。 在這裡,乾淨的地和乾淨的電源同樣重要。


7、濾波

濾波(Wave filtering)是將訊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,濾波分為經典濾波和現代濾波。


8、並行匯流排

匯流排是兩個或兩個以上設備通訊的共亯物理通路,是訊號線的集合,是多個部件間的公共連線,用於在各個部件間傳輸資訊。

接照工作模式不同,匯流排可以分為兩種類型:一種是並行匯流排,一種是串列匯流排。

並行匯流排:同一時刻可以傳輸多位數據,好比是一條允許多輛車並排開的寬敞道路,而且它還有雙向單向之分。


9、串列匯流排

串列匯流排:在同一時刻只能傳輸一個數據,好比只容許一輛車行走的狹窄道路,數據必須一個接一個傳輸、看起來仿佛一個長長的數據串,故稱為“串列”。


10、拓撲結構

拓撲結構是指網絡中各個網站相互連接的形式,PCB設計中的拓撲,指的是晶片之間的連接關係。

常用的拓撲結構包括點對點、菊花鏈、遠端簇型、星型等。


以上是iPCB和大家分享10個高速PCB設計相關的重要事項,希望對大家的學習有所幫助。