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PCB规划中处理信号完整性的常见问题及解决方案

在电子设计领域,高性能设计有其独特挑战。高速设计的诞生近些年,日益增多的高频信号设计与稳步增加的电子系统性能紧密相连。随着系统性能的提高,PC

在电子规划范畴,高功能规划有其共同应战。

高速规划的诞生

近些年,日益增多的高频信号规划与稳步添加的电子体系功能严密相连。跟着体系功能的前进,PCB规划师的应战日积月累:更细小的晶粒,更密布的电路板布局,更低功耗的芯片要求。跟着一切技能的迅猛发展,咱们已成为高速规划的中心,需求考虑其复杂性和一切要素。

回忆

在曩昔30年,PCB规划发生了很大改变。 1987年,咱们以为0.5微米是技能的终结者,但今日,22纳米工艺已变成了常态。如下图所示,1985年的边际速率推进了规划复杂性的提高(一般为30纳秒),而现在边际速率已变成1纳秒。

曩昔30年边际速率的改变

技能前进中随同各种问题

技能的前进总是伴跟着一系列问题。跟着体系功能的提高和高速规划的采用,一些问题有必要在规划环境中进行处理。下面,咱们来总结一下面对的应战:

信号质量

IC制造商倾向于更低的中心电压和更高的作业频率,这就导致了急剧上升的边际速率。无端接规划中的边际速率将会引发反射和信号质量问题。

串扰

在高速信号规划中,密布途径往往会导致串扰——在PCB上,走线间的电磁耦合相关现象。

串扰可所以同一层上走线的边际耦合,也可所以相邻层上的宽边耦合。耦合是三维的。与并排走线途径比较,平行途径和宽边走线会形成更多串扰。

宽边耦合(顶部)比较于边际耦合(底部)

辐射

在传统规划中的快速边际速率,即便运用与从前相同的频率和走线长度,也会在无端接传输线上发生振铃。这从根本上导致了更高的辐射,远远超越了无终端传输线路的FCC/CISPR B类约束。

10纳秒(左)和1纳秒(右)的边际速率辐射

规划处理方案

信号和电源完好性问题会间歇呈现,很难进行判别。所以最好的办法,就是在规划进程中找到问题本源,将之铲除,而不是在后期阶段企图处理,延误出产。经过叠层规划东西,能更简单地在您的规划中,完成信号完好性问题的处理方案。

电路板叠层规划

高速规划的头等大事一定是电路板叠层。基板是安装中最重要的组成部分,其标准有必要精心策划,防止不接连的阻抗、信号耦合和过量的电磁辐射。在检查您下次规划的电路板叠层时,请紧记以下提示和主张:

一切信号层需相邻并严密耦合至不间断的参阅平面,该平面能够创立一个清晰的回路,消除宽边串扰。

每个信号层的基板都邻接至参阅平面

有杰出的平面电容来削减高频中的沟通阻抗。严密耦合的内电层平面来减小顶层的沟通阻抗,极大程度削减电磁辐射。

下降电介质高度会大大削减串扰现象,而不会对电路板的可用空间发生影响。

基板应能适用一系列不同的技能。例如:50/100欧姆数位,40/80欧姆DDR4,90欧姆USB。

布线和作业流程

精心策划叠层后,下一步便需重视电路板布线。根据规划规矩和作业区域的精心装备,您能够最高效成功地对电路板进行布线。以下这些提示,能帮助您的布线愈加简单,防止不必要的串扰、辐射和信号质量问题:

简化视图,以便清楚检查切割平面和电流回路。为此,首要确认哪个铜箔平面(地或电源)作为每个信号层的参阅平面,然后翻开信号层和内电层平面一起检查。这能帮助您更简单地看到切割平面的走线。

多重信号层(左)、顶层和相邻平面视图(右)

假如数字信号有必要穿越电源参阅平面,您能够接近信号放置一或两个去耦电容(100nF)。这样,就在两个电源之间供给了一个电流回路。

防止平行布线和宽边布线,这会比并排布线导致更多串扰。

除非运用的是同步总线,不然,平行区间越短越好,以削减串扰。为信号组留出空间,使其地址和数据距离是走线宽度的三倍。

在电路板的顶层和底层运用组合微带层时要当心。这或许导致相邻板层间走线的串扰,危及信号完好性。

按信号组的最长推迟为时钟(或选通)信号走线,这保证了在时钟读取前,数据现已树立。

在平面之间对嵌入式信号进行走线,有助于辐射最小化,还能供给ESD维护。

信号清晰度

在未来,电子规划的复杂性毫无疑问会继续添加,这会给PCB规划师带来一系列亟待处理的应战。保证电路板叠层、阻抗、电流回路的正确装备,是规划稳定性的根底。

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