阻抗匹配檢查
首先要檢查線寬,同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)該保持一致,線寬的變化會導(dǎo)致線路特性阻抗的不均勻,當(dāng)信號傳輸?shù)乃俣冗^高時會產(chǎn)生反射,在設(shè)計中應(yīng)該盡量避免這種情況。在某些條件下,如接插件引出線,BGA封裝的引出線類似的結(jié)構(gòu)時,可能無法避免線寬的變化,應(yīng)該盡量減小中間不一致部分的有效長度。
走線終結(jié)網(wǎng)絡(luò)
在高速數(shù)字電路中,當(dāng)PCB走線的延遲時間大于信號上升時間/下降時間的1/4時,該走線就可以看作傳輸線,為了保證信號輸入和輸出阻抗與傳輸線阻抗正確匹配,所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡(luò)的連接方式和布線的拓撲結(jié)構(gòu)有關(guān)。
- 對于點對點(一個輸出對應(yīng)一個輸入)的連接,可以選擇始端串聯(lián)匹配和終端并聯(lián)匹配,前者結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但延遲較大;后者匹配效果好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。
- 對于點對多點(一個輸出對應(yīng)多個輸入)的連接,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)為菊花鏈時,應(yīng)選擇終端并聯(lián)匹配;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu)時,可以參考點對點方案。菊花鏈和星型為兩種基本拓撲結(jié)構(gòu),其他結(jié)構(gòu)都可以看成是這兩種結(jié)構(gòu)的變形,可以采取一些靈活的措施進行匹配,在實際操作中要兼顧成本、功耗和性能等因素,一般不追求完全匹配,只要將失配所引起的反射等干擾控制在可接受的范圍內(nèi)即可。
走線閉環(huán)檢查
目的是防止信號線在不同層之間形成自環(huán)。在多層板設(shè)計中容易發(fā)生此類問題,自環(huán)將會引起輻射干擾。
走線分支長度
分支的長度需要有效控制,一般的要求是Tdelay≤Trise/20。此外,針對高頻信號,還要考慮走線的諧振規(guī)則,一般要求布線長度不得與其波長成整數(shù)倍關(guān)系,以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。
走線長度控制
簡單來說就是遵循短線規(guī)則,在布線時應(yīng)該讓其長度盡可能短,以減小由于走線過長所帶來的干擾問題,特別是一些重要信號線,比如時鐘信號,務(wù)必讓其振蕩器盡量靠近器件。對于需要驅(qū)動多個器件的情況,應(yīng)該根據(jù)具體情況來決定采用何種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
倒角規(guī)則
PCB設(shè)計中應(yīng)該避免產(chǎn)生銳角和直角,以免產(chǎn)生不必要的輻射,同時工藝性能也不好。
器件去耦規(guī)則
- 在印刷板上增加必要的去耦電容,濾除電源上的干擾信號,使電源信號穩(wěn)定。在多層板中,對去耦電容的位置一般要求不太高,但對于雙層板,去耦電容的位置及電源的布線方式將直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有時甚至關(guān)系到設(shè)計的成敗。
- 在雙層板設(shè)計中,一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過去耦電容濾波再供器件使用,同時還要充分考慮到由器件產(chǎn)生的電源噪聲對下游器件的影響,一般來說,采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計比較好,在設(shè)計時,還要考慮到遠距離傳輸導(dǎo)致的電壓跌落給器件帶來的影響,必要時增加一些電源濾波環(huán)路,避免產(chǎn)生電位差。
- 在高速電路設(shè)計中,能否正確使用去耦電容,關(guān)系到整個板子的穩(wěn)定性。
器件布局規(guī)則
- 主要目的是為了防止不同工作頻率的模塊之間的相互干擾,同時盡量縮短高頻部分的布線長度。通常將高頻的模塊布置在接口周圍以減小布線長度,當(dāng)然,這樣的布局仍然要考慮到低頻信號可能受到的干擾,同時還要考慮到高頻和低頻的地平面分割問題,通??紤]將兩者的地分割開來,再在接口處單點相連。
- 對于混合電路,有的做法是將模擬電路與數(shù)字電路分別布置在印刷板的兩面,同時分別使用不同的層來布線,中間用地層來隔離的方式。
孤立銅區(qū)控制
孤立銅區(qū)的出現(xiàn),將帶來一些不可預(yù)知的問題,因此將孤立銅區(qū)與別的信號相連接,有助于改善信號質(zhì)量。通常做法是將孤立銅區(qū)接地或者刪除,在實際制作中,PCB廠家一般會在空余的地方增加銅箔,這主要是為了方便印刷板加工,同時可以增加印刷板的機械強度,對防止翹曲有一定效果。
電源與地層的完整性
對于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域,要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接,從而形成對平面層的分割,破壞平面層的完整性,進而導(dǎo)致信號線在地層的回路面積增大。
重疊電源與地層
不同的電源層在空間上要避免重疊,主要是為了減少不同電源之間的干擾,特別是一些電壓相差很大的電源層。無論如何,電源平面的重疊問題一定要避免,如果空間布置有困難,可以考慮在兩個電源層之間安放地層。
3W規(guī)則
這個在之前有提到過,3W規(guī)則是為了減少線間串?dāng)_,要求保證線間距的足夠大,當(dāng)線中心的間距不小于3倍的線寬時,則可保持70%的電場不會互相干擾,如果要保證98%的電場不互相干擾,可以使用10W的間距。
20H規(guī)則
由于電源層與地層之間的電場是變化的,在板的邊沿會向外輻射電磁干擾,稱為邊沿效應(yīng)。有效的解決辦法是將電源層內(nèi)縮,使得電場只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。以一個H(電源層和地層之間的介質(zhì)厚度)為單位,若內(nèi)縮20H則可以將70%的電場限制在接地層的邊沿內(nèi),內(nèi)縮100H則可以將98%的電場限制在接地層的邊沿內(nèi)。
五五規(guī)則
這是印刷板層數(shù)的選擇依據(jù),即時鐘頻率達到5MHz或者脈沖上升時間小于5ns時,則PCB板須采用多層板,這是一般的規(guī)則,有時候出于成本因素的考慮而采用雙層板結(jié)構(gòu)時,最好將印刷板的一面做成完整的地平面層。
以上就是PCB信號完整性設(shè)計的一般規(guī)則,這些規(guī)則在設(shè)計初期就應(yīng)該著重考量,當(dāng)然在PCB設(shè)計評審的時候也要逐一比對,看是否能達到設(shè)計的要求。最后還是要再說明一下,信號完整性設(shè)計是一個系統(tǒng)工程,設(shè)計初期的DFMEA是很有必要的,同時要考慮器件類型、材料形態(tài)、電路設(shè)計等方方面面,最后還要通過大量的測試驗證才能得出一個優(yōu)秀的產(chǎn)品。
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