PCB設(shè)計指南提高電路板信號完整性的方法

PCB設(shè)計指南被創(chuàng)建為電路設(shè)計工程師的基準(zhǔn)，以滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。遵循這些指南將確保更好的可制造性和強大的產(chǎn)品性能。

概述了設(shè)計指南以提高產(chǎn)品的可測試性和可制造性。它們提供了改善PCB信號完整性和電磁兼容性（EMC）的建議，從而提高產(chǎn)品的整體性能。

本文將概述各種PCB設(shè)計指南，以提高PCB的信號完整性。遵循這些指南將有助于工程師進行穩(wěn)健的PCB制造。

PCB中的信號完整性

信號完整性是電信號通過傳輸線從驅(qū)動器傳輸?shù)?a target="_blank">接收器而沒有任何失真的能力。失真的信號會對板上的相鄰信號產(chǎn)生噪聲，并降低電路操作的整體效率。在高速電路的情況下，信號失真會變得很明顯，并且會損害PCB的整體性能。

因此，設(shè)計符合必要監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的PCB非常重要。具有強大信號完整性的精心設(shè)計的PCB將避免由于衰減、接地反彈和阻抗中斷而導(dǎo)致的任何信號衰減。

如果電路設(shè)計僅包括低速信號，則幾乎沒有需要管理的信號完整性問題。但在高速設(shè)計中，由于上升時間要求較短，信號會失真。因此，我們需要了解某些信號完整性問題才能了解推薦的PCB設(shè)計指南。

反射

由源傳輸?shù)浇邮掌鞯牟糠中盘柟β释ㄟ^跡線反射回源的過程稱為反射。它會導(dǎo)致振蕩，從而導(dǎo)致信號失真。每當(dāng)電路中出現(xiàn)阻抗變化時，信號走線就會產(chǎn)生反射效應(yīng)。這反過來又增加了過沖和下沖問題。

振鈴、過沖和下沖

振鈴是由于PCB走線中的信號反射而導(dǎo)致電壓或電流信號發(fā)生不希望的振蕩的過程。如果發(fā)送信號的值大于上升信號中的實際值，則發(fā)生過沖。類似地，當(dāng)發(fā)送信號低于下降信號中的實際值時，就會發(fā)生下沖。所有這些過程都會使PCB中的傳輸信號失真。

相聲

在高速設(shè)計中，緊密布線的相鄰信號可能會在不經(jīng)意間相互影響，從而導(dǎo)致信號失真。這種失真主要是由于PCB中電場或磁場的耦合造成的。在電路板相鄰層中路由的信號之間也可能發(fā)生串?dāng)_。

信號衰減

由于PCB的走線電阻和介電損耗，通過PCB導(dǎo)體從源傳輸?shù)截撦d的信號會經(jīng)歷信號衰減或能量損失。在高頻下，信號衰減要高得多，需要事先考慮設(shè)計來處理這個問題。

傳播延遲和信號偏斜

PCB走線上的信號傳播延遲是該特定信號從源傳輸?shù)截撦d所需的時間。它取決于PCB介電常數(shù)和走線幾何形狀。當(dāng)存在延遲失配時，一組信號中會出現(xiàn)信號偏移。它顯著影響電路設(shè)計中時鐘和數(shù)據(jù)信號的性能。

接地反彈或同時開關(guān)噪聲

當(dāng)PCB上的多個組件同時在高低狀態(tài)之間切換時，電源和接地路徑中的電壓會下降。這導(dǎo)致組件的電源和接地引腳上的電壓降低。噪聲容限也會降低，這可能會導(dǎo)致電路的錯誤切換。

PCB信號完整性指南

線路阻抗的不連續(xù)性會導(dǎo)致上述大多數(shù)信號完整性問題。在走線分支、返回信號路徑中的分裂以及路徑中的過孔或短截線等情況下路由信號時會出現(xiàn)這種阻抗不連續(xù)性。

減少因阻抗不匹配導(dǎo)致的信號失真的指南如下：

在源頭提供正確的終端電阻。

使用較小的微通孔可顯著減少通孔和短截線造成的信號失真。

保持短線的最小走線長度。

避免跟蹤分支并使用適當(dāng)?shù)穆酚赏負洹?/p>

減少串?dāng)_效應(yīng)的設(shè)計指南如下：

在適用的設(shè)計部分使用差分信號將消除串?dāng)_效應(yīng)。

最小化并行路由信號的長度。

根據(jù)路由指南，在允許的最大距離上隔開相鄰信號。

確保傳輸線與接地層足夠接近，以避免相鄰信號發(fā)生任何不必要的耦合。

相鄰平面中信號的正交路由可以在很大程度上幫助避免串?dāng)_。

以下是減少信號衰減問題的設(shè)計指南：

選擇低損耗介電材料和最佳電阻走線，以減少信號衰減誤差。

在設(shè)計中使用放大器和中繼器有助于提高信號強度。

以下是減少傳播延遲和信號偏移的設(shè)計指南：

避免使用具有較大介電常數(shù)的基板，以幫助減少信號的傳播延遲。

通過正確的走線長度匹配，可以最小化信號總線的偏移。

下面列出了減少接地反彈和開關(guān)噪聲問題的設(shè)計指南：

在決定電路板層的疊層時，將電源層和接地層彼此靠近放置。

去耦電容不是可選的，必須在本地接地上實現(xiàn)。

最好將去耦帽放置在元件引腳附近，并盡可能使用短引線的器件封裝。

添加必要的限流電阻以避免短路或過載。

本文展示了PCB設(shè)計指南如何幫助提高電路板的信號完整性。它涉及一系列步驟，例如基板選擇、疊層設(shè)計、組件考慮和布局設(shè)計。此外，還有多種仿真工具可用于分析PCB的信號完整性問題。因此，仔細遵循所有這些指導(dǎo)方針將導(dǎo)致PCB具有改進的信號完整性和持久的性能。