高速給PCB設計會帶來什么影響

雖然不少人對高速可能有了一點概念性的認識，但往往難以想象在所謂的“高速”情況下，會真正給實際的電路系統(tǒng)帶來什么樣的后果，這里我舉幾個實際的案例來剖析一下高速給PCB設計帶來的一系列問題。

A.某公司早期開發(fā)的一個產品，一直工作良好，可是最近生產出來的一批卻總是毛病不斷，受到許多客戶的抱怨?？墒歉緵]有對設計進行任何變動，連使用的芯片也是同一型號的，原因是什么呢？

B.某個PCB工程師Layout經驗非常豐富，設計的產品很少出過問題，但最近設計了一塊PCB板，卻發(fā)現了EMC檢測不合格的問題，改變布線也毫無效果，但以前類似的板子卻沒有這樣的問題。C.一個專業(yè)的內存模塊設計工程師，從EDO內存到SDRAM的PC66，PC100，設計過很多項目，很少出現問題，可是自從內存時鐘頻率上到133MHz以上時，幾乎很少有設計能一次性通過的。簡單分析一下上面的幾個案例，A的情況是由于芯片的工藝改進造成的，雖然所使用的芯片基本電路功能一樣，但隨著的IC制造工藝水平的提高，信號的上升沿變快了，于是出現了反射、串擾等信號不完整的問題，從而導致突然失效；B例子中，通過細致地檢測，最終發(fā)現是PCB板上有兩個并排平行放置的電感元件，所以產生了較為嚴重的EMI；

C中的內存設計師則是因為忽視了嚴格的拓補結構要求，在頻率提高、時序要求更嚴格的情況下，非單調性和時鐘偏移等問題造成了設計的內存模塊無法啟動。除了以上提到的三個實例，還有很多其他的問題，比如因為電容設計不當導致電源電壓不穩(wěn)而無法工作，數模接地不正確產生的干擾太嚴重使得系統(tǒng)不穩(wěn)定等等。

隨著電子技術的不斷發(fā)展，類似于以上的各種問題層出不窮，而且可以預見，今后還會出現更多的這樣或那樣的問題。所以，了解信號完整性理論，進而指導和驗證高速PCB的設計是一件刻不容緩的事情。

傳統(tǒng)的PCB設計一般經過原理圖設計、布局、布線、優(yōu)化等四個主要步驟，由于缺乏高速分析和仿真指導，信號的質量無法得到保證，而且大部分問題必須等到制板測試后才能發(fā)現，這大大降低了設計的效率，提高了成本，顯然在激烈的市場競爭下，這種設計方法是很不利的。于是，針對高速PCB設計，業(yè)界提出了一種新的設計思路，稱為“自上而下”的設計方法，這是一種建立在實時仿真基礎上優(yōu)化的高效設計流程，見圖1-1-1：從上面的流程圖可以看到，高速的PCB設計在完成之前，經過多方面的仿真、分析和優(yōu)化，避免了絕大部分可能產生的問題，如果依托強大的EDA仿真工具，基本上能實現“設計即正確”目的。

在整個高速設計過程中，信號完整性工程師必須貫穿于設計的始終，Cadence公司的首席顧問DonaldTelian曾給信號完整性工程師歸納了七點作用：

研究和定義（pioneeringanddefining）

分類和總結（Partitioning和Approximating）

建模和測量（ModelingandMeasuring）

設計和優(yōu)化（Designingandoptimizing）

量化和驗證（Quantifyingandverifying）

減少和簡化（Reducingandsimplifying）

聯(lián)系和調試（CorrelatingandDebugging）

對于以上這七大作用的詳細闡述，可以參見1997high-performancesystemDesignConference上DonaldTelian的原稿。