5高速PCB设计-si_part5
高速PCB设计指南
高速PCB设计指南高速PCB设计是电子设计领域中的一个重要分支。
高速PCB设计涉及到比较高的频率信号的传输，如高速数据总线、时钟、控制信号等。
随着电子技术的快速发展，高速PCB设计已经成为一个必要的技能。
本文将为您提供高速PCB设计的基本指南。
一、PCB板布局在进行高速PCB设计时，PCB板布局是非常关键的。
以下是几个需要注意的方面：1. RF电路和敏感板路应该远离高功率板路。
2. 高速数字信号应当互相分离开来，避免信号干扰。
3. 模拟信号路径应该和数字信号路径分离开来。
4. 时钟和数据线需要独立布局，减少相互干扰的影响。
5. 保持合理的板厚度并且保持一致。
6. 尽量减少信号层的数量，这能减少移动信号的时间延迟。
7. 适当加入障碍物物避免辐射的干扰，同时进行地垫。
二、信号完整性高速PCB设计需要考虑信号完整性的问题，保证信号的质量和稳定性。
1. 确定信号的路径。
2. 在尽可能短时间内连接信号。
3. 接口处必须要匹配阻抗。
4. 优化功率地方的供电电路。
5. 在设计时需要考虑信号畸变。
三、布线PCB布线是高速PCB设计中的一个重要环节。
以下是您需要关注的点：1. 在电源附近使用CAP滤波器，同时优化供电地焊盘。
2. 在时钟和数据线路线长领域内布置并优化相应的差分路线。
3. 适当的铺铜层能有效减少层间传输的互联参数。
并在特殊情况下，使用壳体充当屏蔽。
4. 在IO端口上使用自适应阻抗技术。
5. 使用捆绑电线和费正负电平特性电缆。
四、仿真分析在高速PCB设计时，仿真分析是一种非常有效的工具，可以帮助您预测PCB设计的结果并优化开发流程。
1. 使用仿真工具来分析布局的合理性。
2. 使用仿真工具跑完整电路板的分析。
3. 使用时间领域和频域仿真工具，以检测信号时间延迟和频率响应的问题。
4. 使用SPICE仿真工具进行供电电路仿真。
五、技术细节通过这里的技术细节，可以帮助您更好地进行高速PCB设计：1. 在PCB设计时，要留有足够的边距和缓冲区域。
高速电路pcb设计方法与技巧
高速电路pcb设计方法与技巧
高速电路的PCB设计是一项复杂的任务，需要考虑到信号完整性、电磁兼容性和噪声抑制等因素。
下面列出了一些高速电路PCB设计的方法和技巧：
1. 确定信号完整性要求：根据设计要求和信号频率，确定信号完整性要求，如信号的上升/下降时间、功率边缘、噪声容限等。
2. 选择适当的材料：选择适当的PCB材料，比如具有较低介电常数和损耗因子的高频层压板材料，以提高信号完整性。
3. 排布设计：在PCB布局设计中，将信号线和地线层紧密地排布在一起，以降低传输延迟。
同时，尽量避免信号线交叉和平行布线，以减小串扰干扰。
4. 使用差分信号线：对于高速信号，采用差分信号线可以减少干扰和噪声。
差分信号线需要保持匹配长度和间距，并使用差分对地层。
5. 引脚分布：将相关的信号和地线引脚布局在相邻位置，并使用直接和短的连接，以减小传输延迟。
6. 电源和地线：在PCB设计中，电源和地线是非常重要的。
为了提高电源供应的稳定性和降低噪声，采用分层设计，并保持电源和地线的低阻抗连通。
7. 规避回流路径：设计中应尽量避免信号流经大电流回流路径，以降低电磁干扰。
8. 耦合和终端阻抗：为了提高信号的传输质量，需要合理设计耦合和终端阻抗，并在设计中考虑到信号的反射和幅度损耗。
9. 电磁兼容性：在PCB设计中，应遵循电磁兼容性规范，使用恰当的屏蔽和过滤技术，以减少电磁辐射和敏感性。
10. 仿真和调试：在最终的PCB设计中，使用仿真工具来验证信号完整性和电磁兼容性，并在实际测试中进行调试和优化。
以上是一些高速电路PCB设计的方法和技巧，设计人员可以根据实际需求和设计要求来选择和应用。
pcb电路si设计
pcb电路si设计PCB（Printed Circuit Board）电路SI（Signal Integrity）设计是指在设计PCB电路时考虑信号完整性的一项技术。
它是为了确保在高速传输环境中，信号能够准确地传递和接收，而不受噪声、时钟偏差和信号失真等问题的影响。
本文将介绍PCB电路SI设计的基本原理、流程以及一些常见的SI设计技术。
一、PCB电路SI设计的基本原理PCB电路SI设计是建立在信号传输中的电磁学基础上的。
在高速传输中，信号从发送器到接收器会经过传输线、连接器、晶体管等多个元件，并受到布线、环境噪声和器件的影响。
因此，通过精确计算和仿真，可以预测和优化信号在PCB电路中的传输质量。
1. 传输线理论传输线是指连接电子元件和器件的电气线路，一般由导线、地线和绝缘材料等构成。
在高速传输中，传输线上的信号会受到衰减、反射、串扰等影响，传输线理论可以协助设计师通过计算和仿真，优化线路参数，减小信号失真。
2. 电磁兼容性电磁兼容性是指在电子系统中，各个设备和电路之间能够和谐共存，相互之间不产生干扰。
PCB电路SI设计需要考虑信号线和功率线的布局，减小信号线和电源线之间的串扰，提高系统的电磁兼容性。
二、PCB电路SI设计的流程PCB电路SI设计的流程一般分为规划设计、信号仿真、布局布线和信号完整性验证等阶段。
下面将对每个阶段进行详细介绍。
1. 规划设计阶段规划设计阶段是PCB电路SI设计的起始阶段，也是最重要的阶段之一。
在这个阶段，设计师需要明确系统的功能和性能要求，制定出合理的设计目标和设计限制。
同时，要评估系统中的关键信号、高速器件和敏感信号，确定需要进行SI设计的部分。
2. 信号仿真阶段信号仿真是为了预测和分析信号在PCB电路中的传输性能。
在这个阶段，设计师需要利用专业的仿真工具对电路进行仿真和优化。
通过仿真，可以观察信号的波形和时域性能，检测潜在的信号失真问题，并进行相应的修改和优化。
3. 布局布线阶段布局布线是指在PCB板上进行电路部件的布置和互联设计。
高速PCB设计原理和技术
Philips and Neusoft Medical Systems Co., Ltd.
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高速PCB设计原理和技术
过冲与下冲
过冲与下冲 虽然大多数元件接收端都有输入保护二极管保护，但有时这些过冲
电平会远远超过元件电源电压范围，损坏元器件。
过冲与下冲产生的原因： 过长的走线； 信号变化太快；
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ15
高速PCB设计原理和技术
交流内容：
基本概念 信号完整性分析及解决方法 电源完整性分析及解决方法 传输线理论及特征阻抗控制 反射理论及端接技术 PCB的叠层结构设计 电磁兼容设计 PCB设计仿真 高速电路设计经验分享
Input Signal
50% Setup Time
50% Hold Time
Clock Signal
(Active Rising)
50%
VDD VSS
VDD VSS
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高速PCB设计原理和技术
建立时间裕量（Setup Margin） 建立时间裕量是所设计系统的建立时间与接收端芯片所要求的最小
串扰产生的原因： 串扰是由同一个PCB板上的两条信号线之间互容和互感的容性耦合和感性耦
合引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。
串扰只发生在Aggressor的上升或下降沿
影响串扰的因素： PCB板层的参数（厚度，介电常数）等、信号线间距、线端接方式等 。
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高速电路板的设计方法介绍
高速电路板的设计方法介绍高速电路板的设计方法介绍一、引言高速电路板的设计是现代电子设备设计中的一个重要环节。
随着数字通信、计算机网络和移动通信的迅猛发展，高速电路板的需求也越来越迫切。
在高速电路板设计过程中，如何保证信号传输的稳定性和可靠性是一个非常重要的问题。
本文将介绍一些高速电路板的设计方法，以帮助读者更好地进行高速电路板设计。
二、高速电路板的特点高速电路板的特点是信号频率高、传输速度快、信号波形陡峭。
这些特点造成了以下几个问题：1. 信号完整性：由于信号传输速度快，信号波形陡峭，会导致信号完整性问题，例如信号的反射、串扰、时钟抖动等。
这些问题都会影响信号的传输稳定性，因此需要采取一系列措施来解决。
2. 电磁兼容性：高速电路板上的信号传输往往伴随着电磁辐射和敏感度，因此需要采取一系列电磁屏蔽和抑制方法来保证电磁兼容性。
3. 导线长度和走线布局：在高速电路板设计中，导线长度和走线布局的合理安排对信号传输有很大的影响。
合理的布局可以减小信号传输的延迟和串扰，保证信号的传输稳定性。
三、高速电路板设计的方法1. 信号完整性设计方法：（1）端口匹配：由于高速信号传输速度快，对于驱动输出和接收输入端口的匹配非常重要。
可以通过匹配控制阻抗和使用差分信号传输等方式来提高信号完整性。
（2）布线规则：在布线过程中，需要考虑信号线的走向、长度和层次。
可以采用等长电平、分层布线、减小串扰等方法来提高信号完整性。
（3）控制信号源：信号源的波形和电平控制也是保证信号完整性的重要因素。
需要通过合理的设计来减小信号的反射和串扰。
2. 电磁兼容性设计方法：（1）屏蔽和抑制：可以通过采用屏蔽盒、层间屏蔽、电磁屏蔽材料等方式来减小电磁辐射。
同时，还可以采用电源捶击器、衰减器等抑制器件来减小敏感度。
（2）地线设计：地线是高速电路板设计中的一个重要因素，合理的地线设计能减小电流回路的环路面积，降低电磁辐射。
（3）滤波器设计：可以在高速电路板上增加一些滤波器来减小电磁辐射和敏感度。
高速PCB设计指南之五
高速PCB设计指南之五第一篇DSP系统的降噪技术随着高速DSP（数字信号处理器）和外设的出现，新产品设计人员面临着电磁干扰（EMI）日益严重的威胁。
早期，把发射和干扰问题称之为EMI或RFI（射频干扰）。
现在用更确定的词“干扰兼容性”替代。
电磁兼容性（EMC）包含系统的发射和敏感度两方面的问题。
假若干扰不能完全消除，但也要使干扰减少到最小。
如果一个DSP系统符合下面三个条件，则该系统是电磁兼容的。
1．对其它系统不产生干扰。
2．对其它系统的发射不敏感。
3．对系统本身不产生干扰。
干扰定义当干扰的能量使接收器处在不希望的状态时引起干扰。
干扰的产生不是直接的（通过导体、公共阻抗耦合等）就是间接的（通过串扰或辐射耦合）。
电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射。
很多电磁发射源，如光照、继电器、DC电机和日光灯都可引起干扰。
AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。
在高速数字电路中，时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源。
在快速DSP中，这些电路可产生高达300MHz的谐波失真，在系统中应该把它们去掉。
在数字电路中，最容易受影响的是复位线、中断线和控制线。
传导性EMI一种最明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。
一条穿过噪声环境的导线可检拾噪声并把噪声送到另外电路引起干扰。
设计人员必须避免导线捡拾噪声和在噪声产生引起干扰前，用去耦办法除去噪声。
最普通的例子是噪声通过电源线进入电路。
若电源本身或连接到电源的其它电路是干扰源，则在电源线进入电路之前必须对其去耦。
共阻抗耦合当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。
阻抗上的压降由两个电路决定。
来自两个电路的地电流流经共地阻抗。
电路1的地电位被地电流2调制。
噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路2耦合到电路1。
辐射耦合经辐射的耦合通称串扰，串扰发生在电流流经导体时产生电磁场，而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。
高速电路板的设计方法
高速电路板的设计方法高速电路板的设计是电子产品开发过程中至关重要的一步。
它涉及到信号传输的快速性、稳定性和可靠性等方面。
在本文中，我们将介绍高速电路板设计的基本方法，以帮助工程师们更好地应对挑战。
一、高速电路板设计概述高速电路板设计是一门复杂而重要的技术。
它主要关注数据信号的快速传输和尽可能降低信号失真。
高速电路板设计需要考虑信号的传输速度、信号完整性、噪声抑制、阻抗匹配以及电磁干扰等多个因素。
二、布局设计1. 信号与电源分离：将高速信号和电源信号分离布局，以减少信号干扰。
2. 分层布局：将电路板分为不同的层次，每层分别布置不同的信号层或电源层。
这样可以最大程度地减少信号干扰和电源电流的返流。
3. 地线设计：将地线作为信号层的一部分，提供可靠的回流路径，以降低信号失真。
4. 路由优化：根据信号传输的需求，采用最短线路和合适的拓扑结构来布置信号路由。
三、信号完整性设计1. 控制传输线长度：为了减少信号传输时的延迟和时延不一致，尽量控制传输线的长度和阻抗一致性。
2. 选择合适的信号引线：采用合适的信号引线来降低信号传输过程中的反射和耦合。
3. 选择合适的电磁屏蔽材料：采用电磁屏蔽材料来减少外部电磁干扰对信号的影响。
四、阻抗匹配设计1. 控制传输线的宽度和间距：通过控制传输线的宽度和间距来达到所需的阻抗值。
2. 添加阻抗匹配器：根据需求，可以添加阻抗匹配器以确保信号传输的稳定性和可靠性。
五、电磁兼容性设计1. 电源滤波设计：采用合适的电源滤波器来抑制高频噪声，减少对周围电路的影响。
2. 地线布局：合理布置地线以减少电磁辐射和接收。
3. 接地设计：良好地接地可以减少电磁噪声。
六、其他设计考虑因素1. 热管理：高速电路板在工作过程中会产生一定的热量，因此需要合理布局散热器和散热孔。
2. 维护性设计：设计应该考虑到电路板的维护和检修，易于更换故障部件。
3. ESD保护：添加静电放电保护措施来保护电路板免受静电干扰。
高速电路pcb设计方法与技巧
高速电路pcb设计方法与技巧
高速电路 PCB 设计是非常重要的，因为它可能会对电路性能和信号完整性产生重要影响。
以下是一些高速电路 PCB 设计方法和技巧：
1. 布局规划：确保在 PCB 上正确布局各个电路模块，尽量减少信号路径长度和电流回路，避免交叉干扰和干扰耦合。
2. 地线规划：准确规划地线，减少回流路径和地回流阻抗，以确保信号完整性和抑制噪声。
3. 信号层分离：将信号层和电源层分离，减少干扰和耦合。
在有需要的地方使用地层分离。
4. 绕线规则：使用最短的路径和尽可能直线的路径连接信号源和接收器。
避免锐角和过于绕曲的路径，以减少信号损耗和延迟。
5. 信号完整性：在设计中使用适当的终端电阻、差分线、缓冲器和阻抗匹配等技术，以保持信号完整性和抑制回波和反射。
6. 电源和地线：确保电源和地线的良好连接和分配，减少电源噪声和地回流。
7. 绝缘：在高速电路附近使用绝缘层，以隔离高速信号和其他信号。
8. 过滤和抑制：在输入和输出端口使用合适的滤波器和抑制电路，以减少噪声和干扰。
9. EMI 和 RFI：在设计中采取一些措施来减少电磁干扰和无线干扰，如使用屏蔽层和地平面。
10. 模拟和数字信号分离：将模拟信号和数字信号分离，以减
少干扰和串扰。
总结来说，高速电路PCB 设计需要考虑布局规划、地线规划、信号层分离、绕线规则、信号完整性、电源和地线、绝缘、过滤和抑制、EMI 和 RFI、以及模拟和数字信号分离等因素。
这些方法和技巧可以帮助确保高速电路性能和信号完整性。
高速PCB设计指南
目录高速PCB设计入门概念问答高速PCB设计指南（一）高速PCB设计指南（二）高速PCB设计指南（三）高速PCB设计指南（四）高速PCB设计指南（五）高速PCB设计指南（六）高速PCB设计指南（七）高速PCB设计指南（八）高速PCB布线问题高速PCB板的电源布线设计高速PCB设计心得设计高速电路板的注意事项高速板4层以上布线总结接地技术总结高速印制电路板的设计及布线要点5GHz的高频电路设计技巧高速PCB设计入门概念问答要做高速的PCB设计，首先必须明白下面的一些基本概念，这是基础。
1、什么是电磁干扰（EMI）和电磁兼容性(EMC)?(Electromagnetic Interference)，有传导干扰和辐射干扰两种。
传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。
辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。
在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。
自从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由于美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。
符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）。
2、什么是信号完整性(signal integrity)?信号完整性是指信号在信号线上的质量。
信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法问题可能原因解决方法其他解决方法过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源时延太大传输线距离太长替换或从新部线，检查串行端接使用阻抗匹配的驱动源，变更布线策略振荡阻抗不匹配在发送断串接阻尼电阻3、什么是反射(reflection)?反射就是在传输线上的回波。
高速电路pcb设计方法与技巧
高速电路pcb设计方法与技巧高速电路的PCB设计方法和技巧包括以下几个方面：1. 布局设计：将高速信号的传输路径尽量短，减少信号的传播延迟和损耗。
较重要的信号路径应尽量接近直线，减少信号的反射和串扰。
同时，将高速信号路径与低速信号路径、电源路径和地线路径分开布局，减少干扰。
将容易产生电磁干扰的元件，如发射器和接收器，与其他元件远离。
2. 信号线的走线规则：高速信号线应遵循尽量短、尽量宽、尽量平行的原则。
信号线的走线应尽量避免拐弯和角度过多，减少信号的反射和串扰。
信号线之间应保持一定的间距，避免互相干扰。
对于差分信号线，应保持差分对的长度一致，减少时钟抖动。
3. 地线规划：地线是高速电路中非常重要的一部分，对于信号的传输和干扰抑制起着至关重要的作用。
地线的设计应尽量短、宽，减小地电阻和电感。
可以使用填充地方式减小地回流路径。
对于多层PCB，应设计好地引脚和地面的连接方式。
4. 耦合电容与电感：在高速电路中，耦合电容和电感起着衰减高频噪声和滤波的作用。
需要合理选择耦合电容和电感的数值，以满足高速信号的传输需求。
电容和电感的布局也需要注意，尽量靠近需要耦合或滤波的信号线。
5. 电源规划：电源线是高速电路中非常重要的一部分，对于信号的传输和干扰抑制同样起着至关重要的作用。
电源线的设计应尽量短、宽，减小电源电阻和电感。
可以使用填充电源方式减小电源回流路径。
对于多层PCB，应设计好电源引脚和电源面的连接方式。
6. 综合考虑：在PCB设计中，需要考虑到信号的传输需求、干扰抑制、布局和走线的规则等多个方面。
综合考虑这些因素，可以在高速电路的PCB设计中取得较好的效果。
总的来说，高速电路的PCB设计需要充分考虑信号的传输需求和干扰抑制，合理的布局和走线规则是必不可少的。
此外，还需要综合考虑其他因素，如地线规划、耦合电容和电感、电源规划等，以确保高速电路的正常工作。
《高速PCB设计介绍》课件
布局设计技巧和注意事项
1 分区设计
根据电路功能和信号特性，将PCB划分为不同的区域。
2 信号与电源分离
避免信号和电源之间的相互干扰，以提高信号完整性。
3 走线技巧
采用合适的走线方式，如避免交叉、减小走线长度等。
差分和阻抗匹配设计
1
差分信号
解释差分信号的概念和用途，以及差分线路的布局和走线规则。
2
解释选择适当的线宽线具
介绍常用的PCB设计软件，如Altium Designer和PADS。
PCB的生产流程
原理图设计
使用EDA软件完成电路原理图的设计与验证。
布局设计
将原理图中的元件转换为PCB上的布局，并 考虑布线和散热等因素。
生成Gerber文件
将PCB设计转换为Gerber文件，供PCB制造 厂商生产。
《高速PCB设计介绍》 PPT课件
本课件将深入介绍高速PCB设计的基本概念和流程，让您了解电磁兼容性设 计、高速信号传输特性等关键问题，同时分享布局设计技巧和注意事项。
PCB设计概述
1
基础知识
了解PCB的基本结构和原理，包括通
设计要求
2
过孔、层叠等概念。
明确设计目标，包括信号完整性、干
扰抑制和散热等要求。
阻抗匹配
介绍阻抗匹配的原理和技巧，以确保信号传输的一致性和稳定性。
3
仿真和验证
使用仿真工具验证差分和阻抗匹配设计的性能，如SIwave和HyperLynx。
板厚、层压板和线宽线距选择
板厚选择
讨论选择适当的PCB板厚度对 布局和走线的影响。
层压板设计
介绍多层PCB的设计和层压板 的配置。
线宽线距选择
组装和焊接
高速PCB设计指南
高速PCB设计指南之一第一篇PCB布线在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。
PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。
布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。
必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。
一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。
并试着重新再布线，以改进总体效果。
对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。
1 电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。
所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述：（1）、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
（2）、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)（3）、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
第三讲高速PCB设计
第三讲高速PCB设计高速PCB设计是指在电子设备中进行高速信号传输的PCB布线设计。
高速信号的传输速率越高，其频率越高，波形越复杂，对PCB设计的要求也越高。
高速PCB设计的关键在于保证信号完整性、减少信号干扰和噪声，并提高信号的传输效率和可靠性。
首先，保证信号完整性是高速PCB设计的首要目标。
信号完整性是指信号在传输过程中能够保持原有的波形特征和时序关系。
为了实现信号完整性，需要遵循信号传输线的基本原则，如匹配阻抗、控制信号的传输延迟、减小信号的反射和串扰等。
匹配阻抗是指信号传输线的特性阻抗和驱动源的输出阻抗、接收端的输入阻抗之间的匹配。
通常使用差分传输线来提高信号传输的抗干扰能力。
其次，减少信号干扰和噪声也是高速PCB设计的关键。
信号干扰和噪声会导致信号失真、抖动增大以及误码率的提高。
为了减少信号干扰和噪声，可以采取以下措施：布局合理，将高频和低频信号分开布局，并采用屏蔽、隔离和距离阻隔等措施；使用电源和地线的抗干扰设计，采用分析电源和地线的布线方向，减小供电线上的回流环路；使用合适的解耦电容和滤波电容来过滤电源中的噪声。
最后，提高信号的传输效率和可靠性也是高速PCB设计的一项重要任务。
提高信号的传输效率可以通过优化信号的传输线路、增强信号的驱动能力和改善信号的接收灵敏度等方式来实现。
优化信号的传输线路包括减小传输线路的长度和阻抗变化、优化信号传输线的走向等。
增强信号的驱动能力可以采用提高驱动电流和降低输出电阻的方法。
改善信号的接收灵敏度可以通过增大接收电路的增益和降低信号的噪声背景。
总结起来，高速PCB设计需要充分考虑信号完整性、信号干扰和噪声的影响因素，并通过匹配阻抗、减少信号反射和串扰、布局合理、抗干扰设计、合适的解耦电容和滤波电容等措施来保证信号的传输效率和可靠性。
高速PCB设计对于电子设备的性能和稳定性有着重要的影响，是电子工程师需要重视和掌握的技能之一。
高速PCB设计的相关概念(ppt 17页)
高速电路的布局布线规则
跨分割区的连线应在连接桥或靠近连接点行 走
一对多的时钟或驱动信号线，采用菊链式或 星形布线，避免粗短的分支
不同电源基准的信号线不要直接跨电源平面 走线，应从地平面走线
供电电源
高速逻辑 数字I/O
低速 电路
时钟
数据转换电路
表现：高低门限变化时保持一段时间信号不跳变；
低速 高速电路的布局布线规则
避免一条直线上有密集连续的过孔
电路 原因：走线过长，信号变化太快
低速数据转换电路
电路
时钟
数据供转电换电电源路
敏感电路 噪声源 一般电路
高速电路信号完整性
2. 阻抗控制和终端匹配
信号接收端串联小电阻
3. 连续的电源平面和地平面
回流路径小→电流环路小→辐射也小
但相互之间要保持距离 4. 不相干的信号线上的电感和类似器件不可就近平
行放置
高速电路的布局布线规则
PCB走线考虑因素
1. 避免串扰 2. 回路面积小 3. 重要线先走 4. 信号线的阻抗要匹配
高速电路的布局布线规则
PCB走线原则
3W（W线宽） 解决串扰 走线方向有一个连续平面 回路面积小（信号、电源） 保证地平面的完整性 晶振和高速敏感元件下要有地层 相邻层的走线要尽量十字型 电源平面不能交叉 避免出现分支 时钟和重要信号线，应让地线伴随着走
频率达到或超过45~50MHz的电路占整个电子系统比例较大时的电路。
回路面积小（信号、电源）
要高高考速速虑 电 电使路路板设的上计布的的局信相布号关线走概规线念则尽量时间短 钟、高速信号线禁止穿越密集过孔区和器件引脚
高速电路设计的相关概念
避免一条直线上有密集连续的过孔 不影同响单 阻元抗电的路因必素须：有布各线自的独几立何的形布状局、空不间正确的线端接、电源平面不连续、连接器 电源平面和地平面尽可能包围连接器的每个插针 禁止跨区域走线 高速差分信号线和类似信号线，走线要遵循等长、 对称、就近和共处一层的原则
5高速PCB设计-si_part5
19
PCB的回流设计
任何信号的传输都存在一个闭环的回路，当电流
从驱动端流入接收端的时候，必然会有一个回流 电流通过与之相邻的导体从接收端回流至驱动端， 构成一个闭合的环路。
环路的大小和EMI的产生有着很大的关系
每一个环路都可以等效为一个天线，环路数量或者面 积越大，引起的EMI也越强。
最有效的解决方法就是合理添加电容或过孔。
如果两个不同的参考平面都是地或都是电源，可以通 过添加接地过孔或者电源连接过孔来为信号的回流提 供回路
如果两个参考平面是电源和地之间的切换，那么就可 以利用旁路电容提供低阻抗的回路
24
信号换层带来的EMI问题及解决办法
25
电容的作用
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电容的作用
作为系统有低频噪声，也有高频噪声，但任何一
电源总线技术(POWER BUS) 采用一个单独的电源层进行供电
电源层在很大程度上缓解了压降和噪声的问题
11
电源线的合理布局
采用电源总线技术，各个元器件悬挂在电源总线
上，所以又称之为悬挂式总线
电源总线的宽度通常比普通的信号线要宽，采用总线 技术后，虽然可以减小压降和和噪声的问题，但它们 仍然存在。
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高速电路的时序设计
触发器的锁存参数
Tsu：建立时间 Thd：保持时间
32
高速电路的时序设计
建立时间裕量和保持时间裕量
33
高速电路的时序设计 理来自的源同步数据时序图34
高速电路的时序设计
时钟的抖动
35
两种常见的时序模型及时序裕量的计算方法
时序电路基本模式
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两种电源总线技术的对比
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节点元件 电压(V)
1
3.13
5
3.05
9
3.01
节点元件 电压(V)
1
3.3
5
3.28
9
3.3
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电源分配系统设计
▪ 阻抗对于电源分配系统的影响
理想的电源的阻抗是0，这样可以保证电源端 的电压和负载端的电压一致
但实际的电源，它具有一定的阻抗，分别以 电阻、电感、电容的形式表示，因此噪声将 叠加在电源上。
电源总线技术(POWER BUS) 采用一个单独的电源层进行供电
➢ 电源层在很大程度上缓解了压降和噪声的问题
11
电源线的合理布局
▪ 采用电源总线技术，各个元器件悬挂在电源总线
上，所以又称之为悬挂式总线
电源总线的宽度通常比普通的信号线要宽，采用总线 技术后，虽然可以减小压降和和噪声的问题，但它们 仍然存在。
▪ 地的分割原则
任何一根信号线中的电流都要通过和它临近 的地平面回到驱动端，所以进行地的分割的 时候要避免割断高速信号的回流路径
16
电源分配系统设计
▪ 电路噪声的滤波
滤除噪声的有效方法是使用滤波电容，一般而言，可 以放置一个1uF到10uF的去耦电容在电源接入电路板 处，滤除低频的噪声，放置一个0.01uF到0.1uF的去 耦电容在板上每一个有源器件的电源管脚处，滤除高 频噪声。 需要注意的是，理想电容和实际电容的区别，实际电 容在除电容因素外还包括了等效串连电感和等效串连 电阻 实际电容的等效网络的谐振频率是
6
PI问题：电源、地问题
7
同步开关噪声SSN的起因
8
减小SSN的措施
▪ 芯片设计时要考虑信号/电源/地的数量比，参考值为
4:1:1 FPGA设计时可参考
▪ 做好芯片的封装设计，特别是处理好芯片内的电源、地，
电源和地的引脚引线要尽量短
电源和地应平均分布，并尽量靠近
▪ 芯片内最好有耦合电容，单板上也要有合理的滤波方案。 ▪ 使用电源平面和地平面，并让电源平面和地平面尽量相
设计的目标就是尽可能减小电源分配网络的 阻抗，同时尽量滤除噪声。
减小电源分配网络的阻抗的方法：尽量使用 电源平面，设计好叠层等
电源分配系统设计
15
▪ 电源层的分配和分割
电源层分配原则：和地层相邻原则，通流能 力原则，重要电压优先原则
电源层分割原则：考虑到不影响重要信号的 阻抗，回流；考虑到强干扰信号（时钟）的 干扰问题
动情况，或者说电源波形的质量。
背景
开关器件数目不断增加，芯片工作电压不断减小，电源的波 动会给系统带来致命的影响。 信号速度加快，电源线因耦合电感而承受不小的压降。 PI质量也直接影响最终PCB的信号完整性和EMC。
电源波动的原因及分类
器件高速开关状态下，瞬态的交变电流过大：同步开关噪声 （SSN）或Δi噪声，地弹也可归为此类 电路回路上存在的电感：非理想电源阻抗影响（包括电源内 阻） 谐振及边缘效应
Signal Integrity 、EMC & High Speed PCB Design
Part3 PCB的信号完整性分析
1
第3部分 PCB的信号完整性设计
2
▪ PCB的信号波形完整性设计
信号完整性问题----反射
阻抗匹配
关键长度
布线
➢ 单端传输线 ➢ 信号线差分对
端接技术
➢ 串联 ➢ 并联 ➢ 戴维南
电源完整性问题
同步开关噪声
电源分配设计
PCB回流设计
4
PCB的电源完整性设计
▪ 电源完整性问题
概述 电源系统波动原因
▪ 同步开关噪声
芯片内开关噪声及抑制方法 芯片外开关噪声（地弹）及抑制办法
▪ 电源分配设计 ▪ PCB的回流设计
回流类型 分割电源平面与EMI仿真
5
电源完整性问题
▪ 电源完整性（PI）是指系统运行过程中电源的波
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电源线的合理布局
▪ 对电源总线技术进行改进，如图所示，称为电源总线网
络法，即让电源总线相互交叉，而把对噪声和压降敏感 的元件放在电源线网络的交叉点上，使得每一个元件同 时属于几个不同的回路
如图中元件6，7就分别属于四个不同的小回路。 由于电流可以从网络中的任何一条总线上进来或 出去，而且每一个网孔构成了一个回路，这就不 仅可以使网络中每条总线上的电流趋于均衡，不 会出现悬挂式总线上的各段总线电流大小不一致 的问题，因此就可以减小由于线路阻抗引起的压 降问题。 元件的电流由各网孔分担，每个网孔的电流为 400mA。对于元件5，元件9和元件1的电压都比 它高，因而电流从元件1和9流向5，从5流出到6。 在最坏情况下即元件9和1的电流全部从一端流出 进入元件5，则元件5上的电压为3.30.4×0.05=3.28V(仍假定各段导线电阻为0.05Ω)， 要比悬挂式总线高了许多
互靠近
▪ 尽量选择弱输出驱动能力的驱动器 ▪ 连接器的收发信号分开 ▪ DCA（Direct Chip Attach,芯片直接贴装）技术
9
电源分配系统设计
▪ 电源分配系统，其作用是给系统内的所有器件足
够的电源，这些器件不但需要足够的功率消耗， 同时对电源的平稳性也有一定的要求
▪ 电源之所以波动，就是因为实际的电源平面总是
假设电源电压为3.3V，OA，AB，BC，CD，BE，AF各段导线 的电阻为0.05Ω，PCB板上的每个元器件的扇出或吸入电流为 200mA 则IOA=2.6A，IAB=1.6A，IBC=ICD=0.8A
最后元件9上的电压为： 3.3-2.6×0.05-1.6×0.05-0.8×0.05
=3.01V
存在阻抗，这样在瞬间电流通过时，就会产生一 定的电压降和电压摆动，故需要对较厚、较粗的电源线，并尽可能减少长度 尽量降低接触电阻 尽量减小电源内阻 电源尽量靠近地 合理使用去耦电容
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电源分配系统设计
▪ 电源线的合理布局
设计高速PCB板的关键之一就是要尽可能的减 小由于线路阻抗引起的压降和高频电磁场转换 而引入的各种噪声。通常用两种方法来解决上 述问题。
➢ AC ➢ 二极管
信号完整性问题----串扰
共模和差模
布线层的安排
互连和I/O 信号完整性分析模型
第3部分 PCB的信号完整性设计
3
▪ PCB的信号时序完整性设计
两种常见的时序模型及其时序裕量的计算方 法
几种变型的源同步时序电路及其时序裕量的 计算方法
仿真在时序设计中的作用
▪ PCB的电源完整性设计