PCB高速时钟线处理

PCB高速时钟线处理高速时钟线处理高速时钟线处理高速时钟线处理 2 时钟线的处理 2.1)建议先走时钟线。

2.2)频率大于等于66M的时钟线，每条过孔数不要超过2个，平均不得超过1.5个。

2.3)频率小于66M的时钟线，每条过孔数不要超过3个，平均不得超过2.5个 2.4)长度超过12inch的时钟线，如果频率大于20M，过孔数不得超过2个。

2.5)如果时钟线有过孔，在过孔的相邻位置，在第二层（地层）和第三层（电源层）之间加一个旁路电容、如图2.5-1所示，以确保时钟线换层后，参考层（相邻层）的高频电流的回路连续。

旁路电容所在的电源层必须是过孔穿过的电源层，并尽可能地靠近过孔，旁路电容与过孔的间距最大不超过300MIL。

图2.5-1过孔处的旁路电容 2.6)所有时钟线原则上不可以穿岛。

下面列举了穿岛的四种情形。

2.6.1) 跨岛出现在电源岛与电源岛之间。

此时时钟线在第四层的背面走线，第三层(电源层)有两个电源岛，且第四层的走线必须跨过这两个岛，如图2.6-1所示。

2.6.2) 跨岛出现在电源岛与地岛之间。

此时时钟线在第四层的背面走线，第三层(电源层)的一个电源岛中间有一块地岛，且第四层的走线必须跨过这两个岛。

如图2.6-2所示。

2.6.3) 跨岛出现在地岛与地层之间。

此时时钟线在第一层走线，第二层(地层)的中间有一块地岛，且第一层的走线必须跨过地岛，相当于地线被中断。

如图2.6-3所示。

2.6.4) 时钟线下面没有铺铜。

若条件限制实在做不到不穿岛，保证频率大于等于66M的时钟线不穿岛，频率小于66M的时钟线若穿岛，必须加一个去耦电容形成镜像通路。

以图6.1为例，在两个电源岛之间并靠近跨岛的时钟线，放置一个0.1UF的电容。

2.7)当面临两个过孔和一次穿岛的取舍时，选一次穿岛。

2.8)时钟线要远离I/O一侧板边500MIL以上，并且不要和I/O线并行走，若实在做不到，时钟线与I/O口线间距要大于50MIL。

2.9)时钟线走在第四层时，时钟线的参考层（电源平面）应尽量为时钟供电的那个电源面上，以其他电源面为参考的时钟越少越好，另外，频率大于等于66M的时钟线参考电源面必须为3.3V电源平面。

2.10)时钟线打线时线间距要大于25MIL。

2.11)时钟线打线时进去的线和出去的线应该尽量远。

尽量避免类似图A和图C所示的打线方式，采用类似图B和图D的打线方式，若时钟线需换层，避免采用图E的打线方式，采用图F的打线方式。

2.12) 时钟线连接BGA等器件时，若时钟线换层，尽量避免采用图G的走线形式,过孔不要在BGA下面走,最好采用图H的走线形式。

2.13) 注意各个时钟信号，不要忽略任何一个时钟，包括AUDIO CODEC的AC_BITCLK，尤其注意的是FS3-FS0,虽然说从名称上看不是时钟，但实际上跑的是时钟，要加以注意。

2.14) Clock Chip上拉下拉电阻尽量靠近Clock Chip。

36、对于全数字信号的 PCB，板上有一个 80MHz 的钟源。

除了采用丝网（接地）外，为了保证有足够的驱动能力，还应该采用什么样的电路进行保护？确保时钟的驱动能力，不应该通过保护实现，一般采用时钟驱动芯片。

一般担心时钟驱动能力，是因为多个时钟负载造成。

采用时钟驱动芯片，将一个时钟信号变成几个，采用点到点的连接。

选择驱动芯片，除了保证与负载基本匹配，信号沿满足要求（一般时钟为沿有效信号），在计算系统时序时，要算上时钟在驱动芯片内时延。

1. 在实际设计中建议使用实体地和电源层，避免电源和地被分割，这种分割可能导致复杂的电流环路。

电流环路越大辐射也越大，所以必须避免任何信号尤其是时钟信号在分割地上布线。

2.将时钟驱动器布局在电路板中心位置而不是电路板外围。

将时钟驱动器放置在电路板外围会增加磁偶极矩(magnetic dipole moment)。

3.为了进一步降低顶层时钟信号线的EMI，最好是在时钟线两侧并行布上地线。

当然，更好将时钟信号布在地层与电源层之间的内部信号层上。

4.时钟信号使用4mil到8mil的布线宽度，由于窄的信号线更容易增加高频信号衰减，并降低信号线之间的电容性耦合。

5.由于直角布线会增加布线电容并增加阻抗的不连续性，从而导致信号劣化，所以应该尽量避免直角布线和T型布线。

6.尽量满足阻抗匹配。

绝大多数情况下，阻抗不匹配会引起反射，而且信号完整性也主要取决于阻抗匹配。

7.时钟信号布线不能并行走得太长，否则会产生串扰从而导致EMI增大。

(13) 时钟、总线、片选信号要远离I/O 线和接插件时钟电路之EMC设计时钟电路在数字电路中占有重要地位，同时时钟电路也是产生电磁辐射的主要来源。

一个具有2ns上升沿的时钟信号辐射能量的带宽可达160MHz，其可能辐射带宽可达十倍频，即1.6GHz。

因此，设计好时钟电路是保证达到整机辐射指标的关键。

时钟电路设计主要的问题有如下几个方面。

（1）阻抗控制：计算各种由印制板线条构成的微带线和微带波导的波阻抗、相移常数、衰减常数等等。

许多设计手册都可以查到一些典型结构的波阻抗和衰减常数。

特殊结构的微带线和微带波导的参数需要用计算电磁学的方法求解。

（2）传输延迟和阻抗匹配：由印制线条的相移常数计算时钟脉冲受到的延迟，当延迟达到一定数值时，就要进行阻抗匹配以免发生终端反射使时钟信号抖动或发生过冲。

阻抗匹配方法有串联电阻、并联电阻、戴维南网络、RC 网络、二极管阵等。

（3）印制线条上接入较多容性负载的影响：接在印制线条上的容性负载对线条的波阻抗有较大的影响。

特别是对总线结构的电路容性负载的影响往往是要考虑的关键因素。

表达传输线可以采用三种方式：a、用传输波阻抗（Z0）和传输时延（td）两个参数描述传输线。

b、用传输波阻抗和（与波长有关的）规一化长度描述传输线。

c、用单位长度的电感、电容和印制线的物理长度来描述传输线。

在印制板设计中经常采用第一种方式描述由印制线条构成的传输线。

此时，传输时延的大小决定了印制线条是否需要采取阻抗控制的措施；当线条上有很多电容性负载时，线条的传输时延将会增大，与原来的传输时延有如下的关系，为不考虑容性负载时的线条传输时延，C0 为不考虑容性负载时的线条分布电容，lm为无匹配的最大印制线条长度。

还有许多其它时钟电路设计问题，如时钟区与其它功能区的隔离，同层板中时钟线条屏蔽等问题。

时钟电路电磁兼容设计技巧（A）首先要进行恰当的布线，布线层应安排与整块金属平面相邻。

这样的安排是为了产生通量对消作用。

（B）其次，时钟电路和高频电路是主要的干扰和辐射源一定要单独安排、远离敏感电路。

（C）选择恰当的器件是设计成功的重要因素，特别在选择逻辑器件时，尽量选上升时间比五纳秒长的器件，决不要选比电路要求时序快的逻辑器件。

EDA中国门户网站-qS!lW,@G （D）层间跳线应当最小图3和图4的情况分别说明两种情况，图3表示的是好的和比较好的时钟布线的层间跳线安排。

图4的情形是不允许的情形。

图3：比较好的时钟布线的层间跳线安排图4：不允许的时钟布线的层问跳线安排（E）时钟布线的转接安排时钟布线经连接器输出时，连接器上的插针要在时钟线插针周围布满接地插针，如图5所示。

图5：时钟线插针在连接器上的安排（F）时钟输出布线时不要采用向多个部件直接串行地连接〔称为菊花式连接〕；而应该经缓存器分别向其它多个部件直接提供时钟信号。

逻辑电路的使用对在线路设计中所使用的逻辑集成电路的建议是：•凡是能不用高速逻辑电路的地方就不要用高速逻辑电路。

G0•注意在IC近端的电源和地之间加旁路去耦电容（一般为104）。

s0•注意长线传输过程中的波形畸变。

•用R－S触发器作设备控制按钮与设备电子线路之间配合的缓冲。

隔离敏感信号有些敏感信号(如高频时钟) 对噪声干扰特别敏感，对它们要采取高等级隔离措施。

高频时钟(20MHZ以上的时钟，或翻转时间小于5ns的时钟)必须有地线护送，时钟线宽至少10mil，护送地线线宽至少20mil，高频信号线的保护地线两端必须由过孔与地层良好接触，而且每5cm 打过孔与地层连接;时钟发送侧必须串接一个22Ω～220Ω的阻尼电阻。

可避免由这些线带来的信号噪声所产生的干扰。

时钟晶体振荡器的外壳最 ... 1. 高速信号线、时钟线采用走线屏蔽规则。

把高速的时钟线用地线包住。

适用范围：在两层或者四层板上，由于PCB的板层的限制导致高速时钟的回流路径不良，在这种情况下使用该条屏蔽规则会取得比较好的效果。

随着信号上升沿时间的减小，信号频率的提高，电子产品的EMI 问题，也来越受到电子工程师的关注。

高速PCB设计的成功，对EMI的贡献越来越受到重视，几乎60％的EMI问题可以通过高速PCB来控制解决。

规则一规则一规则一规则一：：：：高速信号走线屏蔽规则高速信号走线屏蔽规则高速信号走线屏蔽规则高速信号走线屏蔽规则如上图所示：在高速的PCB设计中，时钟等关键的高速信号线，走需要进行屏蔽处理，如果没有屏蔽或只屏蔽了部分，都是会造成EMI的泄漏。

建议屏蔽线，每1000mil，打孔接地。

规则二规则二规则二规则二：：：：高速信号的走线闭环规则高速信号的走线闭环规则高速信号的走线闭环规则高速信号的走线闭环规则由于PCB 板的密度越来越高，很多PCB LAYOUT工程师在走线的过程中，很容易出现这种失误，如下图所示：时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候产生了闭环的结果，这样的闭环结果将产生环形天线，增加EMI的辐射强度。

规则三规则三规则三规则三：：：：高速信号的走线开环规则高速信号的走线开环规则高速信号的走线开环规则高速信号的走线开环规则规则二提到高速信号的闭环会造成EMI辐射，同样的开环同样会造成EMI辐射，如下图所示：时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候产生了开环的结果，这样的开环结果将产生线形天线，增加EMI的辐射强度。

在设计中我们也要避免。

规则四规则四规则四规则四：：：：高速信号的特性阻抗连续规则高速信号的特性阻抗连续规则高速信号的特性阻抗连续规则高速信号的特性阻抗连续规则高速信号，在层与层之间切换的时候必须保证特性阻抗的连续，否则会增加EMI的辐射，如下图：也就是：同层的布线的宽度必须连续，不同层的走线阻抗必须连续。

规则五规则五规则五规则五：：：：高速高速高速高速PCB设计的布线方向规则设计的布线方向规则设计的布线方向规则设计的布线方向规则相邻两层间的走线必须遵循垂直走线的原则，否则会造成线间的串扰，增加EMI辐射，如下图：相邻的布线层遵循横平竖垂的布线方向，垂直的布线可以抑制线间的串扰。

规则六规则六规则六规则六：：：：高速高速高速高速PCB设计中的拓扑结构规则设计中的拓扑结构规则设计中的拓扑结构规则设计中的拓扑结构规则在高速PCB 设计中有两个最为重要的内容，就是线路板特性阻抗的控制和多负载情况下的拓扑结构的设计。