电路板设计详解
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硬件设计
主要内容
●关于信号完整性：信号完整性定义、传输线模型、端接方案、去耦电容、地平面分隔（模/数混合电路）、布局布线等
●PADS软件的一些使用注意事项
●PCB布局布线注意事项
●其他零散问题
信号完整性
什么叫信号完整性（Signal Integrity）？
●破坏信号完整性的因素：串扰（Crosstalk）、过冲（overshoot）、振铃（ringing？）、地弹等●过冲：阻抗不匹配引起
●地、电源的噪声：地平面不能认为是理想的等电势，地平面上不同的两点间，阻抗很小，主要是指等效电感的阻抗。由于等效电感的存在，当地平面上有顺泰电流变化时，会在地平面上产生电势差。地平面、电源平面是信号的参考，固要求其保持等电势。当地/电源平面存在电势差时，就意味着不同信号的真正参考基准并不相同，从而相当于引入了干扰。
关于传输线和端接
PCB板上的传输线：带状线（Stripline ）、微带线（Microstrip）
摘自High-Speed Digital System Design ~ A Handbook of Interconnect Theory and Design Practices
传输线的一个重要属性：特征阻抗
摘自《解析特征阻抗》Innoveda 现已被Mentor收购
摘自《解析特征阻抗》Innoveda 现已被Mentor收购
反射
P232，《High-speed Digital Design》-Johnson & Graham
端接类型及其应用场合
●源端串连端接
●负载段并接（一般是下拉）端接
《High-speed Digital Design》-Johnson & Graham
《High-speed Digital Design》-Johnson & Graham
端接方式的选择（1）
●源端+负载端：模拟信号
●只进行源端端接：数字信号
●只进行负载端端接：模拟信号（不常用，它和
“源端+负载端”的区别在于：相同的输出电压，即，相同的“电压源”，负载端的输入电平相差
一倍，例如，一个运放（可视为电压源，即其内
阻可近似认为等于零），输出1Vp-p的正弦波，
那么在“只进行负载端端接”的情况下，负载端
的输入信号峰峰值为1Vp-p ，而在“源端+负载端”的情况下，负载端的输入信号峰峰值为0.5Vp-p ）
1/6法则（只适用于数字信号）
当走线长度小于信号上升沿“长度”的1/6时，过冲现象并不明显，可以不进行端接。一般的数字器件，其输出信号的上升时间为ns级。
例：
当上升时间为2ns时，它对应的上升沿长度为
（2ns/0.18）=11.11inch（1inch=2.54cm），所以，上升沿“长度”的1/6为4.7cm。此时，小于等于4.7cm的信号线，可以不进行端接。但有些信号例外，无论走线长度是多少，都必须要进行端接，例如：时钟信号、ADC/DAC数据线等。注意：
所谓1/6法则，只是一种参考，不是绝对的。
数字信号端接需要注意的地方
●一般的数字信号，不会用到负载端端接，因为：
负载端端接对源端的影响很大，例如，用50欧姆的负载进行负载端端接时，要求源端输出（5V）电流大于100mA，而一般的数字器件是无法输出这么大的电流的。
●什么时候数字信号才会用到负载端端接呢？有些信号源要求其负载端必须进行50欧姆端接，否则，输出信号电平不正确，会比标称值高一倍。例如，原因是：这些信号源输出端内部已经做了50欧姆的串行端接，其输出信号幅度标称值是按照用户
的负载端进行了50端接设置的。详细情况见下一页的示意图
信号源输出数字信号时的情况
模拟信号的端接
对于模拟信号，时时刻刻都要牢记端接，在绝
大多数情况下，源端和负载端都要进行端接。
假如你的模拟输入信号是来自其它的电路板，
一定要搞清楚对方是否进行了源端串行端接
（匹配）。
在有些场合，模拟信号的端接不仅起到阻抗匹
配的作用，有可能还是电路不可缺少的组成部
分，例如有些无源模拟滤波器，它要求其输入
端要串接50欧姆电阻（相当于源端串接匹配），同时要求其输出端要有50欧姆的下拉电阻（相
当于负载端端接）。如果忘记这些端接，有可
能会使该滤波器工作不正常，详见下一页的例
子
无源模拟滤波器的阻抗匹配举例图1 输入端未串接50欧姆时滤波
器输出信号
图2 输入端串接50欧姆时滤波器输出信号
电容
去藕电容（decoupling capacitor/bypass capacitor）：
板子电源输入端子处；0.1uF~1000uF
板上分布电容：10uF
芯片管脚处：0.1uF~0.01uF
平面层间电容：100pF/inch2(当层间距为10mils时)
Interconnect Theory and Design Practices》
去藕电容的作用
去藕电容实际上是充当芯片的电源
PCB 注意事项（1）：划分模拟、数字区域 划分模拟、数字区域，而且是立体划分，所有层保持一致，也就是说，模拟/数字区域的边界在每一层上均保持一致。所有的走线、电源平面、地平面均不能越界！（地平面有些特殊，后面会再次提到）
模拟部分
数字部分信号线
信号线电源平面
电源平面地平面地平面表1
表1 中第一列与第二列中的任何内容都不能有交叠的现象