PCB設計與訊號完整性

2022-05-08 11:48:12 字數 2464 閱讀 6546

之前在設計板卡時,只是聽過相關的概念,但是未真正去研究關於si相關的知識。將之前看過的一些資料整理如下:

(1)訊號完整性分析

與si有關的因素:反射,串擾,輻射。反射是由於傳輸路徑上的阻抗不匹配導致;串擾是由於線間距導致;輻射則與高速器件本身以及pcb設計有關。

傳輸線判斷

傳輸線的判斷可以參考之前的部落格

利用之前判斷高速訊號的公式,所以對於高速和低速的區分,需要考慮訊號頻率和傳輸路徑長度。

判斷步驟: 1)獲得訊號的有效頻率fknee 和走線長度 l;

2)利用fknee 計算出訊號的有效波長λknee,,即λknee = c /fknee ;

3)判斷l與1/6 x λknee之間的關係,若l > 1/6 x λknee,則訊號為高速訊號,反之為 低速訊號;

其中λknee  = c / fknee;其中c是比光速略低的速度,fknee = 0.5 / tr(10% ~ 90%),還需注意的是,若是對於百兆頻率的訊號,若是沒有現成的板子,可以對有效頻率fknee進行估算, fknee 約為 7倍的fclock(訊號的週期)。

若l > 1/6 x λknee,則視為傳輸線,傳輸線必須考慮在傳輸過程中可能由於阻抗不匹配導致訊號的反射問題。

反射公式

訊號的反射ρ = (z2 -z1)/(z2 +z1);

其中z2 為反射點之後的線路阻抗;z1為反射之前的線路阻抗;

ρ 的可能存在值±1,0,當為0時全部吸收,當為±1時則發生反射。訊號的反射由始端、傳輸路徑、終端阻抗的不匹配導致。

降低反射方法

為了盡可能降低訊號的反射,那麼需要z2 和z1盡可能相近。有幾種方法進行阻抗匹配:傳送端串聯匹配,接收端併聯匹配,接收端分壓匹配,接收端阻容併聯匹配,接收端二極體併聯匹配。

3)接收端分壓匹配

4)接收端阻容併聯匹配

優點:功耗較小;

缺點:存在接收端高低電平不匹配情況,由於電容的存在,會使訊號的邊沿變化變緩。

(2)訊號迴路

訊號迴路主要包括兩個路徑,乙個是驅動路徑,乙個是迴路路徑,在傳送端、傳輸路徑、接收端測得的訊號電平,實質上是該訊號在驅動路徑和返回路徑上對應位置的電壓值,這兩條路徑都非常重要。

要提供完整的回流路徑,需要注意以下幾點:

1.訊號換層時,最好不要改變參考層,若訊號的換層時從訊號層1換到訊號層2,參考層都是底層1,在這種情況下,返回路徑無需換層,即訊號的換層對其反回路徑無影響。

2.訊號換層時,最好不改變參考層的網路屬性。也就是訊號1開始的參考層是電源層1/地層1,經過換層之後,訊號1的參考層是電源層2/地層2,其參考層的網路屬性未變,都是gnd或電源屬性,可利用附近的gnd或者電源過孔實現反回路徑的通路。這裡在高速情況下,過孔的容抗和感抗也是不能忽略的,這種情況下,盡量減小過孔,減小過孔本身產生的阻抗變化影響,減小對訊號回流路徑的影響。

4.若換層前後,兩層參考層的網路屬性不同,要求兩參考層相距較近,減小層間阻抗和返回路徑上的壓降。

5.當換層的訊號較密集時,附近的地或者電源過孔之間應保持一定距離,換層訊號很多時,需要多打幾個對地或者對電源的過孔。

(3)串擾

解決串擾的辦法是,高速訊號,時鐘訊號,其他資料訊號等,間距滿足3w原則。

訊號完整性 PCB設計中的訊號完整性

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訊號完整性概述

1.什麼是訊號完整性問題 2.訊號完整性問題的根源 3.設計方法流程 4.si設計的難點 5.si設計誤區 6.關於經驗法則 3w原則 線中心距不少於3倍線寬,減少訊號間串擾 20h原則 電源層相對於地層內縮20h,抑制邊緣輻射效應 五五規則 時鐘頻率到5mhz,則pcb板須採用多層板 訊號時鐘走內...

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