高速电路板设计技术
如何在高速PCB设计中充分利用通孔技术(THT)
环测威官网：/目前，高速PCB设计已广泛应用于电信，计算机，图形和图像处理等众多领域，所有高科技增值产品均设计用于低功耗，低电磁辐射，高可靠性，小型化和轻便化重量。
为了实现这些目标，通孔技术（THT）的设计和实现对于高速PCB设计具有极其重要的意义。
通孔技术通孔是多层PCB设计的重要组成部分之一。
通孔由电源平面的通孔，焊盘和隔离区三部分组成，如下图所示。
THT是通过以化学沉积的方式在孔壁上镀覆金属层而获得的，使得来自电路板的每个内层或平面的铜箔可以彼此连接。
通孔的两侧以普通衬垫的形状产生，两者都可以在顶层和底层上直接连接并且也可以保持不连接。
通孔在电连接，固定和定位部件中起作用。
就THT而言，通孔通常分为通孔，盲孔和埋孔：a。
通孔通孔穿过电路板的所有层，适用于内部互连或起定位孔的作用。
由于通孔过孔可以通过低成本技术获得，因此它们被大多数PCB广泛应用。
湾盲孔指的是负责表面迹线与下方内部迹线之间连接的孔，具有一定的深度。
通孔深度和通孔直径之间的比率通常不超过某个值。
C。
通过埋葬是指位于内部层的连接通孔，这是从PCB板的外观看不到的，因为它不能扩展到电路板的表面。
盲孔和埋孔都位于电路板的内层中，并且它们在层压之前产生。
THT中的寄生电容环测威官网：/通孔具有寄生电容到地面。
地平面上隔离通孔的直径为D 2 ; 通孔垫的直径为D 1 ; PCB厚度为T ; 衬底材料的介电常数是ε。
然后，通孔的寄生电容可以通过公式来计算c ^ =1.41 εŤ d 1 /（d 2 - d 1）寄生电容对电路的主要影响是延长信号的上升时间和降低电路运行速度。
因此，较低的寄生电容越好。
THT中的寄生电感通孔也具有寄生电感。
在高速数字电路设计过程中，寄生电感引起的危害通常大于寄生电容引起的危险。
寄生串联电感会削弱旁路电容的功能，降低整个电力系统的滤波效果。
当通孔的电感表示为L，通孔长度为h，通孔直径为d时，通孔的寄生电感可以通过符合公式L = 5.08 h [In（4 h / d）+1 来计算出来]基于该公式，通孔直径很少与电感相关，影响电感的最大元素是通孔长度。
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。
高速数字电路PCB设计中的阻抗控制
环测威官网：/阻抗控制技术在高速数字电路设计中非常重要，其中必须采用有效的方法来确保高速PCB 的优异性能。
PCB上高速电路传输线的阻抗计算及阻抗控制•传输线上的等效模型图1显示了传输线对PCB的等效影响，这是一种包括串联和多电容，电阻和电感（RLGC 模型）的结构。
串联电阻的典型值在0.25至0.55欧姆/英尺的范围内，并且多个电阻器的电阻值通常保持相当高。
随着PCB传输线中增加的寄生电阻，电容和电感，传输线上的总阻抗被称为特征阻抗（Z 0）。
在线直径大，线接近电源/接地或介电常数高的条件下，特征阻抗值相对较小。
图3示出了具有长度dz的传输线的等效模型，基于该模型，传输线的特征阻抗可以推导为公式：。
在这个公式中，L“传感线”是指传输线上每个单位长度的电感，而C是指传输线上每个单位长度的电容。
环测威官网：/在上面的公式中，Z 0表示阻抗（欧姆），W表示线的宽度（英寸），T表示线的粗细（英寸），H表示到地面的距离（英寸），是指衬底的相对介电常数，t PD是指延迟时间（ps / inch）。
•传输线的阻抗控制布局规则基于上述分析，阻抗和信号的单位延迟与信号频率无关，但与电路板结构，电路板材料的相对介电常数和布线的物理属性有关。
这一结论对于理解高速PCB和高速PCB设计非常重要。
而且，外层信号传输线的传输速度比内层传输速度快得多，因此关键线布局的排列必须考虑这些因素。
阻抗控制是实现信号传输的重要前提。
但是，根据传输线的电路板结构和阻抗计算公式，阻抗仅取决于PCB材料和PCB层结构，同一线路的线宽和布线特性不变。
因此，线路的阻抗在PCB的不同层上不会改变，这在高速电路设计中是不允许的。
本文设计了一种高密度高速PCB，板上大多数信号都有阻抗要求。
例如，CPCI信号线的阻抗应为650欧姆，差分信号为100欧姆，其他信号均为50欧姆。
根据PCB布线空间，必须使用至少十层布线，并确定16层PCB设计方案。
由于电路板的整体厚度不能超过2mm，因此在堆叠方面存在一些困难，需要考虑以下问题：1）。
高速电路板LAYOUT及匹配设计技术
High-Speed Board Design Techniques
INTRODUCTION
The most important factor in the design of many systems today is speed. 66-MHz thru 200-MHz processors are common; 233 and 266-MHz processors are becoming readily available. The demand for high speed results from: a) the requirement that systems perform complex tasks in a time frame considered comfortable by humans; and b) the ability of component manufacturers to produce high-speed devices. An example of a) is the large amount of information that must be processed to perform even the most rudimentary computer animation. Currently, Programmable Array Logic (PAL®) devices are available with propagation delays of 4.5 ns, and complex PLDs such as MACH® have propagation delays of 5 ns. While this might seem fast, it is not the propagation delay that creates the potential for problems, but rather the fast edge rates needed to obtain the fast propagation delays. In the future, much faster devices will become available, with correspondingly faster edge rates. Designing high-speed systems requires not only fast components, but also intelligent and careful design. The analog aspect of the devices is as important as the digital. In high-speed systems, noise generation is a prime concern. The high frequencies can radiate and cause interference. The corresponding fast edge rates can result in ringing, reflections, and crosstalk. If unchecked, this noise can seriously degrade system performance. This application note presents an overview of the design of high-speed systems using a PC-board layout. It covers:
《高速电路PCB设计与EMC技术分析》读书笔记模板
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目录分析
1
第1章高速电路 设计概述
2
第2章电磁兼容 基础
3
第3章 PCB上 的电磁干扰
4
第4章高速电路 信号完整性
5
第5章信号完整 性测量
第6章高速电路 电源完整性
第7章去耦和旁 路
1.1高速信号 1.2无源器件的高频特性 1.3高速电路设计面临的问题 1.4本章小结
2.1电磁兼容的基本概念 2.2电磁兼容的重要性 2.3电磁兼容标准化及认证 2.4电磁兼容设计 2.5本章小结
设计
第11章 HyperLynx— —信号完整性
及EMC分析
第12章实例— —基于信号完 整性分析的高 速数据采集系 统的设计
8.1走线与信号回路 8.2返回路径 8.3高速PCB的叠层设计 8.4高速PCB的分区 8.5高速PCB的元件布局 8.6高速PCB布线策略和技巧 8.7本章小结
9.1现代高速PCB设计方法 9.2高速互连仿真模型 9.3常用PCB设计软件 9.4本章小结
6.1电源完整性问题概述 6.2电源分配络系统设计 6.3本章小结
7.1去耦和旁路特性 7.2去耦和旁路电路属性参数 7.3电源层和接地层电容 7.4电容选择举例 7.5集成芯片内电容 7.6本章小结
第9章现代高速PCB 设计方法及EDA
第8章高速电路PCB 的布局和布线
第10章 PowerLogic&Power PCB——高速电路
高速电路PCB设计与EMC技术分析
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
本书关键字分析思维导图
高速印制电路板设计
工 业 技 术
高速 印制 电路板设计
林 初 善’ 冉金 志 李倩 茹 ’ 邵 云 飞
－
院
１概述
ｆ
３信号的完整性保 证与电磁干扰控制
３ ． １ 信号 反射 控制
随着微 电子技术的发展 ，速度已成为许 多系统设计 中 需要考虑的最重要 因素之一。对于高速系统的设计 ，无论
是 数 字 电 路 还 是 模 拟 电路 ，噪 声 是 一 个 最 值 得 关 注 的 问 题 。高频 信 号会 由于辐 射 而产 生 干 扰 ，亦 会导 致 振铃 、反 射 以及 串扰 等 ，如 果不 加 以控制 ，会严 重 降低 系统 性能 。 本文 将 就 高速 信 号 反射 控 制 、 串扰控 制 、电 磁干 扰控 制 以 及叠 层 设计 等 方面 讨论 高 速 Ｆ Ｎ ａ ！ ｌ 电路板 设 计 中需 要注 意 的几 个噪 声控 制 问题 。
１ ． 西 安 通 信 学 院 ， 陕 西 西安 ７ １ ０ １ ０ ６
２ ． 中国人 民解放 军７ ６ Ｉ Ｉ Ｏ 部 队７ ５ 分 队，河 南 衡 阳 ４ ２ １ ０ ０ ８
摘要 分析 了高速 印制 电路 板设 计中的 几个难 点问题 ，重 点介 绍 了信 号完整性和 电
１ ２ ５
串扰可以使信号 中增加干扰频率成分 ，导 致信号质量变 差，严重时接收端将无法接收信号 。电磁干扰是指系统通
过 传 导 或辐 射 的 方式 发 射 电磁 波影 响 其他 系统 或本 系 统 内 其 他 子 系统 的 正 常工 作 。 它会影 响 本 系统 及 其 他 系统 的正 常运 行 ，也应 该 进行 严格 的控 制 。
高速pcb设计规则
高速pcb设计规则
高速PCB设计规则是指在设计PCB时需要遵循的一系列规则和原则，以确保信号传输的质量和稳定性。
高速 PCB 的设计需要考虑多
种因素，如信号传输速度、信号波形、传输距离、干扰等等。
以下是一些常见的高速 PCB 设计规则：
1. 避免信号线的走线路径过长，尽可能缩短信号线的长度，以
减小信号传输延迟和损耗。
2. 保证信号线之间的距离足够大，以避免互相干扰，同时也能
降低信号串扰的风险。
3. 使用合适的层次结构设计，尽可能将信号线和电源线分离，
以减少干扰和噪声。
4. 在 PCB 的布线中，保证地线和供电线的宽度足够宽，以确保稳定的供电和地面连接。
5. 在 PCB 的布线中，避免过多的弯曲或拐角，以减小信号传输中的损失和延迟。
6. 选用合适的 PCB 材料和厚度，以满足高速信号传输的需求。
7. 注意 PCB 的电磁兼容性，通过合理的布线和屏蔽来减少干扰。
以上是高速 PCB 设计中的一些基本规则，但实际上，高速 PCB 的设计涉及的方面非常广泛，需要根据具体的应用场景来进行设计。
为了保证高速 PCB 的质量和可靠性，需要有专业的技术人员进行设
计和测试。
- 1 -。
高速pcb设计指南之一
高速p c b设计指南之一The document was prepared on January 2, 2021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：～0.3mm,最经细宽度可达～0.07mm,电源线为～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.或是做成多层板,电源,地线各占用一层.2 数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路数字或模拟电路,而是由数字电路和模拟电路混合构成的.因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰.数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处如插头等.数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点.也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定.3 信号线布在电地层上在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电地层上进行布线.首先应考虑用电源层,其次才是地层.因为最好是保留地层的完整性.4 大面积导体中连接腿的处理在大面积的接地电中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器.②容易造成虚焊点.所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离heat shield俗称热焊盘Thermal,这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少.多层板的接电地层腿的处理相同.5 布线中网络系统的作用在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的.网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响.而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等.网格过疏,通路太少对布通率的影响极大.所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行.标准元器件两腿之间的距离为英寸2.54mm,所以网格系统的基础一般就定为英寸2.54 mm或小于英寸的整倍数,如：英寸、英寸、英寸等.6 设计规则检查DRC布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面：1、线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求.2、电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合低的波阻抗在PCB中是否还有能让地线加宽的地方.3、对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开.4、模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线.5后加在PCB中的图形如图标、注标是否会造成信号短路.6对一些不理想的线形进行修改.7、在PCB上是否加有工艺线阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量.8、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路.第二篇 PCB布局在设计中,布局是一个重要的环节.布局结果的好坏将直接影响布线的效果,因此可以这样认为,合理的布局是PCB设计成功的第一步.布局的方式分两种,一种是交互式布局,另一种是自动布局,一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整,在布局时还可根据走线的情况对门电路进行再分配,将两个门电路进行交换,使其成为便于布线的最佳布局.在布局完成后,还可对设计文件及有关信息进行返回标注于原理图,使得PCB板中的有关信息与原理图相一致,以便在今后的建档、更改设计能同步起来, 同时对模拟的有关信息进行更新,使得能对电路的电气性能及功能进行板级验证.--考虑整体美观一个产品的成功与否,一是要注重内在质量,二是兼顾整体的美观,两者都较完美才能认为该产品是成功的.在一个PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能头重脚轻或一头沉.--布局的检查印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符能否符合PCB制造工艺要求有无定位标记元件在二维、三维空间上有无冲突元件布局是否疏密有序,排列整齐是否全部布完需经常更换的元件能否方便的更换插件板插入设备是否方便热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离调整可调元件是否方便在需要散热的地方,装了散热器没有空气流是否通畅信号流程是否顺畅且互连最短插头、插座等与机械设计是否矛盾线路的干扰问题是否有所考虑第三篇高速PCB设计一、电子系统设计所面临的挑战随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高,电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计,总线的工作频率也已经达到或者超过50MHZ,有的甚至超过100MHZ.目前约50% 的设计的时钟频率超过50MHz,将近20% 的设计主频超过120MHz.当系统工作在50MHz时,将产生传输线效应和信号的完整性问题；而当系统时钟达到120MHz时,除非使用高速电路设计知识,否则基于传统方法设计的PCB将无法工作.因此,高速电路设计技术已经成为电子系统设计师必须采取的设计手段.只有通过使用高速电路设计师的设计技术,才能实现设计过程的可控性.二、什么是高速电路通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量比如说１／３,就称为高速电路.实际上,信号边沿的谐波频率比信号本身的频率高,是信号快速变化的上升沿与下降沿或称信号的跳变引发了信号传输的非预期结果.因此,通常约定如果线传播延时大于1/2数字信号驱动端的上升时间,则认为此类信号是高速信号并产生传输线效应.信号的传递发生在信号状态改变的瞬间,如上升或下降时间.信号从驱动端到接收端经过一段固定的时间,如果传输时间小于1/2的上升或下降时间,那么来自接收端的反射信号将在信号改变状态之前到达驱动端.反之,反射信号将在信号改变状态之后到达驱动端.如果反射信号很强,叠加的波形就有可能会改变逻辑状态.三、高速信号的确定上面我们定义了传输线效应发生的前提条件,但是如何得知线延时是否大于1/2驱动端的信号上升时间一般地,信号上升时间的典型值可通过器件手册给出,而信号的传播时间在PCB设计中由实际布线长度决定.下图为信号上升时间和允许的布线长度延时的对应关系.PCB 板上每单位英寸的延时为 ..但是,如果过孔多,器件管脚多,网线上设置的约束多,延时将增大.通常高速逻辑器件的信号上升时间大约为.如果板上有GaAs芯片,则最大布线长度为7.62mm.设Tr 为信号上升时间, Tpd 为信号线传播延时.如果Tr≥4Tpd,信号落在安全区域.如果2Tpd≥Tr≥4Tpd,信号落在不确定区域.如果Tr≤2Tpd,信号落在问题区域.对于落在不确定区域及问题区域的信号,应该使用高速布线方法.四、什么是传输线PCB板上的走线可等效为下图所示的串联和并联的电容、电阻和电感结构.串联电阻的典型值 ohms/foot,因为绝缘层的缘故,并联电阻阻值通常很高.将寄生电阻、电容和电感加到实际的PCB连线中之后,连线上的最终阻抗称为特征阻抗Zo.线径越宽,距电源/地越近,或隔离层的介电常数越高,特征阻抗就越小.如果传输线和接收端的阻抗不匹配,那么输出的电流信号和信号最终的稳定状态将不同,这就引起信号在接收端产生反射,这个反射信号将传回信号发射端并再次反射回来.随着能量的减弱反射信号的幅度将减小,直到信号的电压和电流达到稳定.这种效应被称为振荡,信号的振荡在信号的上升沿和下降沿经常可以看到.五、传输线效应基于上述定义的传输线模型,归纳起来,传输线会对整个电路设计带来以下效应.· 反射信号Reflected signals· 延时和时序错误Delay & Timing errors· 多次跨越逻辑电平门限错误False Switching· 过冲与下冲Overshoot/Undershoot· 串扰Induced Noise or crosstalk· 电磁辐射EMI radiation反射信号如果一根走线没有被正确终结终端匹配,那么来自于驱动端的信号脉冲在接收端被反射,从而引发不预期效应,使信号轮廓失真.当失真变形非常显着时可导致多种错误,引起设计失败.同时,失真变形的信号对噪声的敏感性增加了,也会引起设计失败.如果上述情况没有被足够考虑,EMI将显着增加,这就不单单影响自身设计结果,还会造成整个系统的失败.反射信号产生的主要原因：过长的走线；未被匹配终结的传输线,过量电容或电感以及阻抗失配.延时和时序错误信号延时和时序错误表现为：信号在逻辑电平的高与低门限之间变化时保持一段时间信号不跳变.过多的信号延时可能导致时序错误和器件功能的混乱.通常在有多个接收端时会出现问题.电路设计师必须确定最坏情况下的时间延时以确保设计的正确性.信号延时产生的原因：驱动过载,走线过长.多次跨越逻辑电平门限错误信号在跳变的过程中可能多次跨越逻辑电平门限从而导致这一类型的错误.多次跨越逻辑电平门限错误是信号振荡的一种特殊的形式,即信号的振荡发生在逻辑电平门限附近,多次跨越逻辑电平门限会导致逻辑功能紊乱.反射信号产生的原因：过长的走线,未被终结的传输线,过量电容或电感以及阻抗失配.过冲与下冲过冲与下冲来源于走线过长或者信号变化太快两方面的原因.虽然大多数元件接收端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.串扰串扰表现为在一根信号线上有信号通过时,在PCB板上与之相邻的信号线上就会感应出相关的信号,我们称之为串扰.信号线距离地线越近,线间距越大,产生的串扰信号越小.异步信号和时钟信号更容易产生串扰.因此解串扰的方法是移开发生串扰的信号或屏蔽被严重干扰的信号.电磁辐射EMIElectro-Magnetic Interference即电磁干扰,产生的问题包含过量的电磁辐射及对电磁辐射的敏感性两方面.EMI表现为当数字系统加电运行时,会对周围环境辐射电磁波,从而干扰周围环境中电子设备的正常工作.它产生的主要原因是电路工作频率太高以及布局布线不合理.目前已有进行 EMI仿真的软件工具,但EMI仿真器都很昂贵,仿真参数和边界条件设置又很困难,这将直接影响仿真结果的准确性和实用性.最通常的做法是将控制EMI的各项设计规则应用在设计的每一环节,实现在设计各环节上的规则驱动和控制.六、避免传输线效应的方法针对上述传输线问题所引入的影响,我们从以下几方面谈谈控制这些影响的方法.严格控制关键网线的走线长度如果设计中有高速跳变的边沿,就必须考虑到在PCB板上存在传输线效应的问题.现在普遍使用的很高时钟频率的快速集成电路芯片更是存在这样的问题.解决这个问题有一些基本原则：如果采用CMOS或TTL电路进行设计,工作频率小于10MHz,布线长度应不大于7英寸.工作频率在50MHz布线长度应不大于英寸.如果工作频率达到或超过75MHz布线长度应在1英寸.对于GaAs芯片最大的布线长度应为英寸.如果超过这个标准,就存在传输线的问题.合理规划走线的拓扑结构解决传输线效应的另一个方法是选择正确的布线路径和终端拓扑结构.走线的拓扑结构是指一根网线的布线顺序及布线结构.当使用高速逻辑器件时,除非走线分支长度保持很短,否则边沿快速变化的信号将被信号主干走线上的分支走线所扭曲.通常情形下,PCB走线采用两种基本拓扑结构,即菊花链Daisy Chain 布线和星形Star分布.对于菊花链布线,布线从驱动端开始,依次到达各接收端.如果使用串联电阻来改变信号特性,串联电阻的位置应该紧靠驱动端.在控制走线的高次谐波干扰方面,菊花链走线效果最好.但这种走线方式布通率最低,不容易100%布通.实际设计中,我们是使菊花链布线中分支长度尽可能短,安全的长度值应该是：Stub Delay <= Trt .例如,高速TTL电路中的分支端长度应小于英寸.这种拓扑结构占用的布线空间较小并可用单一电阻匹配终结.但是这种走线结构使得在不同的信号接收端信号的接收是不同步的.星形拓扑结构可以有效的避免时钟信号的不同步问题,但在密度很高的PCB板上手工完成布线十分困难.采用自动布线器是完成星型布线的最好的方法.每条分支上都需要终端电阻.终端电阻的阻值应和连线的特征阻抗相匹配.这可通过手工计算,也可通过CAD工具计算出特征阻抗值和终端匹配电阻值.在上面的两个例子中使用了简单的终端电阻,实际中可选择使用更复杂的匹配终端.第一种选择是RC匹配终端.RC匹配终端可以减少功率消耗,但只能使用于信号工作比较稳定的情况.这种方式最适合于对时钟线信号进行匹配处理.其缺点是RC匹配终端中的电容可能影响信号的形状和传播速度.串联电阻匹配终端不会产生额外的功率消耗,但会减慢信号的传输.这种方式用于时间延迟影响不大的总线驱动电路.串联电阻匹配终端的优势还在于可以减少板上器件的使用数量和连线密度.最后一种方式为分离匹配终端,这种方式匹配元件需要放置在接收端附近.其优点是不会拉低信号,并且可以很好的避免噪声.典型的用于TTL输入信号ACT, HCT, FAST.此外,对于终端匹配电阻的封装型式和安装型式也必须考虑.通常SMD表面贴装电阻比通孔元件具有较低的电感,所以SMD封装元件成为首选.如果选择普通直插电阻也有两种安装方式可选：垂直方式和水平方式.垂直安装方式中电阻的一条安装管脚很短,可以减少电阻和电路板间的热阻,使电阻的热量更加容易散发到空气中.但较长的垂直安装会增加电阻的电感.水平安装方式因安装较低有更低的电感.但过热的电阻会出现漂移,在最坏的情况下电阻成为开路,造成PCB走线终结匹配失效,成为潜在的失败因素.抑止电磁干扰的方法很好地解决信号完整性问题将改善PCB板的电磁兼容性EMC.其中非常重要的是保证PCB板有很好的接地.对复杂的设计采用一个信号层配一个地线层是十分有效的方法.此外,使电路板的最外层信号的密度最小也是减少电磁辐射的好方法,这种方法可采用"表面积层"技术"Build-up"设计制做PCB来实现.表面积层通过在普通工艺 PCB 上增加薄绝缘层和用于贯穿这些层的微孔的组合来实现 ,电阻和电容可埋在表层下,单位面积上的走线密度会增加近一倍,因而可降低 PCB的体积.PCB 面积的缩小对走线的拓扑结构有巨大的影响,这意味着缩小的电流回路,缩小的分支走线长度,而电磁辐射近似正比于电流回路的面积；同时小体积特征意味着高密度引脚封装器件可以被使用,这又使得连线长度下降,从而电流回路减小,提高电磁兼容特性.其它可采用技术为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲,应该为集成电路芯片添加去耦电容.这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射.当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时,其平滑毛刺的效果最好.这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容,而有的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小.任何高速和高功耗的器件应尽量放置在一起以减少电源电压瞬时过冲.如果没有电源层,那么长的电源连线会在信号和回路间形成环路,成为辐射源和易感应电路.走线构成一个不穿过同一网线或其它走线的环路的情况称为开环.如果环路穿过同一网线其它走线则构成闭环.两种情况都会形成天线效应线天线和环形天线.天线对外产生EMI辐射,同时自身也是敏感电路.闭环是一个必须考虑的问题,因为它产生的辐射与闭环面积近似成正比.结束语高速电路设计是一个非常复杂的设计过程,ZUKEN公司的高速电路布线算法Route Editor和EMC/EMI分析软件INCASES,Hot-Stage应用于分析和发现问题.本文所阐述的方法就是专门针对解决这些高速电路设计问题的.此外,在进行高速电路设计时有多个因素需要加以考虑,这些因素有时互相对立.如高速器件布局时位置靠近,虽可以减少延时,但可能产生串扰和显着的热效应.因此在设计中,需权衡各因素,做出全面的折衷考虑；既满足设计要求,又降低设计复杂度.高速PCB设计手段的采用构成了设计过程的可控性,只有可控的,才是可靠的,也才能是成功的。
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。
高速电路设计
• 直连导线尽可能靠近地平面分布，效果 要比捆扎在一起好得多
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普通直连导线的缺点
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传输线
• 传输线由任意两条有一定长度的导线组成，为区分这两条导线，把一条称为信号路 径，另一条称为返回路径
• 传输线有许多异乎寻常的特性，这里这研究那些与高速数字信号在铜介质上分布规 律有关的基本现象
• 如图所示，一个跃变电压沿一条10in长的直导线传输时的电位，1ns的上升 沿从走线左端注入，随着该脉冲沿走线向前传播，线上各点的电位是不同 的。这个系统对输入脉冲的响应是沿走线分布的，所以称之为分布式系统
• 如果及寸足够小，并且所有点同时响应为一个统一电位，则称之为集总系 统
• 尺寸小于信号传输有效长度的1/6，那么我们就把他看做是一个集总电路
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分布电路和集总电路上电位在 不同时间的瞬时波形图
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高速电路中的4种类型的电抗
• 普通电容—两个具有不同电位的导体之间都会产生电容。
• 普通电感—只要存在电流，就会产生电感
• 寄生电容—只要存在两个电路就会有电容。一个电路的电压产生 电场，该电场会影响第二个电路。这种互相影响会随距离的增加 而迅速减小
• 通常，我们使地线作为信号的返回路径
• 但是在传输线的情况下，返回电流是紧靠信号电流的，即使信号路径是弯曲时也是 一样的，因为在高频时，信号路径和返回路径的电感要最小化，这意味着只要导体 情况允许，返回路径会尽可能靠信信号路径分布 在低速电路中，电流沿着最小电阻路径前进 在高速电路中，电流沿着最小电感路径前进
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。
数字电路的高速设计技术
数字电路的高速设计技术摘要：设计一个高速系统，要对高速问题进行认真的研究和对各个细小的部分小心的设计。
本文从：电源分布系统、传输线的问题、串扰的问题、电磁干扰的问题等入手，说明高速电路设计的高速设计。
关键词：高速系统电源分布传输线现如今，电路设计人员遇到的最大的问题可能就是电路的反应速度的问题了。
随着cpu芯片集成电路技术的高速发展，在嵌入式系统设计中普遍使用66-200MHZ的处理器，更高的频率的处理器也在使用当中。
一方面IC制造商需要提供高速器件，但是元器件反应时间不一定是电路高速问题的根本所在。
本文从：电源分布系统、传输线的问题、串扰的问题、电磁干扰的问题等入手，说明高速电路设计的高速设计。
1、电源系统分布方面的问题电源分布系统是由电源、电压调整模块、大滤波电容、高频去耦电容和电源分布网络组合而成。
这些电源分布系统的各部分相互作用给电路板上的器件提供电源。
高速电路板设计要考虑的一个主要的问题就是电源分布网络。
同时，电源分布网络的另一个重要的作用就是要给信号电流提供一个返回路径，因为这在低频电路设计中没有多大的影响，许多设计甚至自然返回路径都被忽略了。
1.1专门设置电源层来减小各种阻抗对分布网络的影响实际中的电源系统是有阻抗的，电源系统的阻抗是由电阻、电容和电感共同组成的。
电源总线与信号线共享同一个层面，电源总线把电压传给每个器件，留下一定的空间给信号走线，这样，电源总线就会变得长而狭窄，走线的横截面积相对而言变小，线上就会带一个小的电阻值。
电阻虽然很小，但影响很大。
所以，专门设置电源层的情况就好得多。
1.2电容器滤波减小噪声对系统的影响电源层的阻抗特性虽好，也不能消除线噪声的影响。
系统产生的大量的噪声会影响系统的稳定，无论怎样，电源系统必须增加额外的滤波电路。
一般而言，这是由旁路电容来完成。
即在电源输入端加入10uF或更大的电容，在每个器件的电容和地之间加入0.1uF或O.O1uF的电容。
高速ADCDAC电路及PCB设计要点梳理
高速ADCDAC电路及PCB设计要点梳理概要在高速模拟信号链设计中，印刷电路板(PCB)布局布线需要考虑许多选项，有些选项比其它选项更重要，有些选项则取决于应用。
最终的答案各不相同，但在所有情况下，设计工程师都应兼顾全局，而不要过分计较布局布线的每一个细节。
很多情况下做不到面面俱到，只能根据电路板及产品的面积进行取舍。
下面就给大家分享一下ADC/DAC电路及PCB设计中几个比较重要的问题：1数字地模拟地是否分割的问题硬件工程师最常提出的问题是：使用ADC时是否应将接地层分为AGND和DGND接地层？简单回答是：视情况而定。
详细回答则是：通常不分离。
为什么不呢？因为在大多数情况下，盲目分离接地层只会增加返回路径的电感，它所带来的坏处大于好处。
从公式V = L(di/dt)可以看出，破坏了GND的完整性，随着电感增加，电压噪声会提高。
随着电感增加，设计人员一直努力压低的PDN阻抗也会增加。
随着提高ADC采样速率的需求继续增长，降低开关电流(di/dt)的方式却很有限。
因此，除非需要分离接地层，否则请保持这些接地连接。
所以我们的结论是大部分情况下推荐不做DGND AGND分割，这个和大家早期经验做法相左。
我们大部分的产品是有尺寸要求的，可能没有足够和理想的空间。
受尺寸限制的影响，电路板无法实现良好的布局分割时，就需要分离接地层。
这可能是为了符合传统设计要求或尺寸，必须将脏乱的总线电源或高噪声数字电路放在某些区域。
这种情况下，分离接地层是实现良好性能的关键。
然而，为使整体设计有效，必须在电路板的某个地方通过一个磁珠或局部连接点将这些接地层连在一起。
最终，PCB上往往会有一个连接点成为返回电流通过而不会导致性能降低或强行将返回电流耦合至敏感电路的最佳位置。
如果此连接点位于转换器、其附近或下方，则不需要分离接地。
2巴伦的选择问题，规格及类型ADI的参考设计里面一般推荐是mini circuit的巴伦，但也有有高端的marki的巴伦变压器，动则上千元一个。
高速电路设计3_电路板级设计PDF课件--北京理工大学DSP课件一次性下载(高梅国教授)
高速数字电路设计与实现•高速数字电路简介•信号完整性•电路的调试与测试•电路板级设计1、电路板级设计流程•创造一个电路板或系统级的电子产品设计的主要步骤有：–概念（concept）：定义技术需求、描述系统行为和决定设计的整体结构–原理图设计（schematic capture）：通过描述产品功能来获得设计原理图–板图设计（layout）阶段包含确定电路板上器件的最优布局和布线，还需要考虑用于多个电路板之间连接的电缆或者连接器的数量–制造（manufacture）和发布2、设计流程中的仿真验证•电路板传统的设计方式是设计然后建立一个物理（硬件）原型，把它放在测试工作台上进行调试直至可以工作•现在对系统工程师和布局布线工程师来说有许多可用的计算机辅助（computer-aided）仿真验证和分析工具。
2、设计流程中的仿真验证2、设计流程中的仿真验证•*模拟信号仿真，*混合信号仿真•*可制造性设计(DFM)•*射频(RF)•*设计规则检查(DRC)•*数字信号仿真•*信号完整性(SI)•*电气规则检查(ERC)•*焊接/热剖析(profile)•*电磁兼容性(EMC)*电磁干扰(EMI)•*热•*时序•*机械特性（振动、冲击、受压），*可靠性2、设计流程中的仿真验证•仿真模型包括–数字器件的VHDL，Verilog，C模型；–器件驱动和负载的IBIS模型；电源开关–放大器，稳压器，二极管和三极管，混合信号模／数转化器和比较器的SPICE模型–VHDL-AMS（混合信号，IEEE1076.1）–Verilog-A（模拟）和Verilog AMS（混合信号）3、通用信号处理机设计•指导思想–标准化–模块化–可重构–可配置–可编程–易开发3.1 系统设计的目标•基于标准总线的通用信息处理机•多处理器并行系统•“异构处理器的通用结构”•高速数据传输能力•标准化、模块化、可扩展•具有二次开发能力软硬件系统3.2 系统总线设计•以C-PCI标准总线技术为基础，配以高速数据传输总线、精确定时总线、以太网的4套总线相结合的并行处理机方案。
多通道高速ADC电路PCB设计技术浅谈
多通道高速ADC电路PCB设计技术浅谈李军辉;简育华;袁子乔【摘要】ADC是将模拟信号转换为数字信号的芯片,它在电路系统中的作用决定了它必然和其它大量数字电路一起使用,所以在其PCB设计中除了需要考虑一般PCB 设计中要注意的问题之外,还要在多方面引起特别注意,尤其是在高速应用中[1].本文就针对多通道高速ADC电路设计的特点,以E2V公司的EV10AQ190芯片为例,重点讨论了包含多通道高速ADC的硬件电路设计中印刷电路板布局时所必须引起注意的问题,包括数字地和模拟地,数字电源和模拟电源的处理,ADC输入信号的隔离问题,采样时钟的处理和输出信号的阻抗匹配等问题[2].【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】5页(P90-94)【关键词】高速ADC;EV10AQ190;电磁兼容设计;隔离度;印刷电路板【作者】李军辉;简育华;袁子乔【作者单位】西安电子工程研究所西安710100;西安电子工程研究所西安710100;西安电子工程研究所西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN8510 引言随着芯片技术的不断发展，ADC的采样频率已经从以前的MHz发展到当前的GHz。
伴随着ADC采样频率的不断提高，ADC的模拟输入信号频率和带宽也在不断提高，从视频信号到现在的中频甚至射频信号。
因此，用于低速ADC采样电路的一些设计方法已经不适用于高速ADC的采样电路［3］。
如何在高速ADC采样电路设计中提高ADC模拟输入信号各通道之间的隔离度变得尤为关键，对于数字地平面和模拟地平面的处理方式也非常关键。
对于高速ADC而言，模拟通道PCB上的每个过孔和走线都通过空间、电源平面和地平面对外进行电磁波的辐射;另一方面，由于高速ADC芯片的带宽都在GHz，它不仅容易受到其它通道模拟信号的干扰，也容易受到系统内或外界高速数字信号的电磁干扰。
所以，在多通道高速ADC电路的设计中，首要的问题就是解决多通道之间的互耦问题，这其中就主要是解决模拟部分地平面的传导耦合以及各通道之间的辐射干扰问题。
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计-设计应用
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计-设计应用0 引言印制线路板(PCB)提供电路元件和器件之间的电气连接，是各种电子设备基本的组成部分，它的性能直接关系到电子设备质量的好坏。
随着电子技术的发展，各种电子产品经常在一起工作，它们之间的干扰越来越严重，所以电磁兼容问题成为一个电子系统能否正常工作的关键。
同样，随着PCB的密度越来越高，PCB设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。
要使电子电路获得性能，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的PCB布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。
随着高速DSP技术的广泛应用，相应的高速DSP的PCB设计就显得十分重要。
由于DSP是一个相当复杂、种类繁多并有许多分系统的数、模混合系统，所以来自外部的电磁辐射以及内部元器件之间、分系统之间和各传输通道间的串扰对DSP及其数据信息所产生的干扰，已严重地威胁着其工作的稳定性、可靠性和安全性。
据统计，干扰引起的DSP事故占其总事故的90％左右。
因此设计一个稳定、可靠的DSP系统，电磁兼容和抗干扰至关重要。
1 DSP的电磁干扰环境电磁干扰的基本模型由电磁干扰源、耦合路径和接收机3部分组成，如图1所示。
电磁干扰源包含微处理器、微控制器、静电放电、瞬时功率执行元件等。
随着大量高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达300 MHz的谐波干扰。
耦合路径可以分为空间辐射电磁波和导线传导的电压与电流。
噪声被耦合到电路中的简单方式是通过导体的传递，例如，有一条导线在一个有噪声的环境中经过，这条导线通过感应接收这个噪声并且将其传递到电路的其他部分，所有的电子电路都可以接收传送的电磁干扰。
例如，在数字电路中，临界信号容易受到电磁干扰的影响；模拟的低级放大器、控制电路和电源调整电路也容易受到噪声的影响。
2 DSP电路板的布线和设计良好的电路板布线在电磁兼容性中是一个非常重要的因素，一个拙劣的电路板布线和设计会产生很多电磁兼容问题，即使加上滤波器和其他元器件也不能解决这些问题。
高速PCB设计技术
文献标 志码 ：Ａ
Ｈｉ ｈ Ｓ ｅ ｄ ＰＣＢ ｓｇ ｃ ｎ ｌ ｇ ｇ ｐ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
ＬｉＰｅ ｆ ｉ ｎｇ ｅ
（ ｖ ｌ ｉ． ｆ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｕ ａ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｎａ ａ Ｕｎｖ ｏ ｇｎ ｅｉ Ｗ ｈ ｎ４ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｅ ｎ
文针 对 Ｐ ＣＢ设 计介 绍 了几 种 高速 电路设计 技术 ，通 过这些 设计 技术 ，可 以消除 高频 噪声 。 关键 词 ： 高速 Ｐ ＣＢ 端 接 串扰 Ｅ ＭＩ
文 章 编 号 ： １ ０ ．８ ２２ １）５０ ３ ．４ ０ ３４ ６ （０ ００ ．０ ８０
中 国 分 类 号 ：Ｔ ３ ４７ Ｐ３．
电源 分 配 网络 的 阻抗 。
。
个 最值 得 关注 的焦 点 ，高 频 信 号 很 容 易 由于辐
射 而产 生 干扰 ， 速 变 化 的数 字 信 号会 导致 振 铃 、 高 反 射 、 串扰 等 ， 除非 使 用 高 速 电路 设 计 技 术 ， 否 则 基 于传 统方 法 设计 的 Ｐ Ｂ将 无 法 工 作 。 Ｃ
约 ， 多用 总 线 式 的 电源 分 配 方 案 。 电源 总 线 与信
收稿 日期 ： ０ ００ ．８ ２ １—２０
作 者 简 介 ： 李 鹏 飞 （ ９ ８ ） 男 ， 工 程 硕 士 ， 研 究 方 １７ ． ，
号 线 在 同一个 层 中 ， 为所 有 的器 件 提供 电源 ， 同 时 还 得 为信 号 线挪 出空 间 ，所 以 电源 线 总 是趋 于
向：导航 、制 导与控 制 。
３ ８
Ｖ１０ ｏ ２１． ０ Ｎ ． ００ ．３ － ５ ５
长 且细 的带 状 线 。这 就 相 当于 电源 线 上 串有 一 个 小 电阻 ， 管这 个 电 阻很 小 ，但 它 的 影 响 却 很 大 。 尽
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计计
章
图1-a 理想电源下等效电路原理图图1-b 实际电源下等效电路原理图
由以上两图可分析电源通道的阻抗对负载端噪声的影响。
其实，当电路上存在高频量成分时，如数字逻辑导致的“0”“1”调变、高速时钟及其他高频模拟信号时，电源总线将表现出很大的感抗特性，由于此时的电抗与通过信号的频率成正比，所以电源总线的瞬态阻抗值将远远大于其电阻值，电源总线上将有较大的“压降”或“噪声”。
图2-a 电源总线方案例图
图2-b 电源层方案例图
电源层方案为电路板(PCB)设计提供了一个更接近理想模型的实现途径，它能够最大程度地减小感抗的影响。
加
图3-a 理想电容模型
图3-b 实际电容模型
图4-a 实际电容的频率特性
图4-b 相同类型电容的频率特性
表1 几种旁路（滤波）电容ESL、ESR以次减小
通用型高频COG类多层片状陶瓷电容器，其电容量非常稳定,几乎不随温度、电压和时间的变化而变化。
图6 不同类型电容的频率特性并联可增加滤波的频率范围。
图7 两电容并联后的频率特性
图8 去耦电容的位置与滤波性能的关系
电容放置原则：阻抗最小（总路径最短）。
我们采取的一切措施的是使得当从负载向电源“看”过去的时候，使戴维南模型的阻抗---线路阻抗与电源内阻之和最小。
去耦电容的阻抗并联作用大大降低了戴维南模型的阻抗。
计
图9-a/b 通过VCC和GNG的信号回路图9-c 信号交流等效回路
图10 具有完整(交流)地平面信号回路选择
图11 （交流）地平面开口导致最佳回路的破坏
计
计
图12 管脚、过孔导致的最佳回路的破坏第一课
加附铜
***关于地弹（ground bounce）
在高速数字电路中，器件封装的引脚电感在器件的输出状态发生改变时的充放电（电流浪涌）作用会在器件内部参考地上产生相应的电位漂移，该漂移称为“地弹”。
“地弹”产生过程的示意图：
此时：与引脚电流变化成正比！
通常单一输出引脚引起的地弹电压不大，如果同一芯片上到N个容性负载的N个输出引脚同时做相同的状态转换，就会产生一个较大的地弹，此时有可能造成电路故障。
举例观察地弹对电路的影响：地弹造成的双重触发。
Clock的作用是其上升沿锁存数据（锁存后电路的输出等于锁存时刻的电路输入）。
电路内部
影响地弹大小的因素：逻辑状态的10%—90%转换时间、转换电压幅度、引脚电感、负载。
几种器件的转换时间和电压幅度：
另：14引脚双列直插引脚的电感是8nH, 68引脚双列直插引脚的电感是35nH, 68引脚表面封贴引脚的电感是7nH, 锡球式封装一般为0.1nH。
Z 0
Z 0
传输线（相对与驱动线）
单位是欧姆，且：
该模型忽略了线路电阻，是一个理想模型，另有低损耗模型、趋肤模型。
带
带
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
计
Z 0微带
其中：
阻抗减小，传输延迟增加。
带
Z 0
计
加
Z
Z 0
Z
计
理想传输线可视为与长度无关的电阻，与长度有关的是传输延迟时间。
Z0信号
218mm 43mm
91mm
19mm
Z0 Z L
定性地，在负载端向前和向后
“看”：负载上的电压等于线路压降
与反射电压之和。
Z0
Z0t
Z0Z0+ Z0t
Z0
个Z0
传输
信号为：
信号为：
应该是：+0.78
Z0Z L
Z 0
Zs
Z L
图25.a 并联端接示意图
图25.b 上下拉并联端接示意图图25.c 半上拉并联端接示意图
Z0
图25.d 交流并联端接示意图
计
加Z S
Z0
Z S
Z S Z0Z0
Z S Z0
图26 串联端接示意图
图27 串联端端点波形示意图
图27 避免传输线布线中的直角弯示意图
图28 减少过孔示意图
图29 避免桩线示意图
比
Z S Z L Z L
Z o 30
图30 容性串扰示意图
图31 容性串扰电压噪声时延示意图
3．2 感性串扰
感性串扰得集总模型如图32，与容性互感的两端噪声电压情况相似，只是负载端为负脉冲（源端发送正脉冲时），见图33。
图32 感性串扰意图
图33 感性串扰电压噪声时延示意图
3．2 容性 + 感性串扰及反射
在完整地平面条件下，感性和容性的串扰电压分量大小基本相同，所以负载端的串扰相互抵消，而两分量在源端叠加，带状线更能够显示出感性和容性的串扰电压分量的平衡，微带线的荣幸串扰比感性串扰小，所以其在负载端有一个小的负脉冲。
对于不完整地平面，如开槽等，这时感性串扰要强于容性串扰分量。
当源端没有端接时，反射系数几乎为-1，因此源端的串扰被反向后反射到负载端，如图34。
容性 源端“短路”状态
图34 源端低阻抗串扰电压噪声时延示意图例1：串扰与距离的关系
近端（源端）串扰反射后在远端（负载端）影响的测量装置原理图
0.010in=0.254mm
2.5V tr=880pS
Tp=4.5nS 2*Tp=9nS
200mV=4*50mV
与距离平方成反
比。
例2：隔离（保护）线的效果
隔离前后的串扰
下降了近2.5倍
例3：高度（厚度）与串扰的关系
随着电路速度的提高，EMI问题也越来越严重。
一方面高速电路产生EMI问题，另一方面高速电路对EMI很敏感。
即使是一个不受EMI影响的电路，CCIFF也对其高频噪声与辐射有严格的限制。
EMI是一个双向的问题！
4．1环路
环路相当于一个天线（收/发），而所有的系统中环路都是不可避免的，将环路最小化意味着减小环路的数量、面积（天线效应）。