針對高速PCB設計應用問題的解決方案
發布時間:2014-01-17 責任編輯:mikeliu
【導讀】由於器件工作頻率越來越高,對於高速PCB設計時所要解決的問題也就越來越多,如何確保信號的完整性,成為工程師在設計時的一個瓶頸與難點,今天給大家帶來解決高速PCB設計問題的一些方案,不容錯過哦!
隨著器件工作頻率越來越高,高速PCB設(she)計(ji)所(suo)麵(mian)臨(lin)的(de)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)等(deng)問(wen)題(ti)成(cheng)為(wei)傳(chuan)統(tong)設(she)計(ji)的(de)一(yi)個(ge)瓶(ping)頸(jing),工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)設(she)計(ji)出(chu)完(wan)整(zheng)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)上(shang)麵(mian)臨(lin)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。盡(jin)管(guan)有(you)關(guan)的(de)高(gao)速(su)仿(fang)真(zhen)工(gong)具(ju)和(he)互(hu)連(lian)工(gong)具(ju)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)設(she)計(ji)師(shi)解(jie)決(jue)部(bu)分(fen)難(nan)題(ti),但(dan)高(gao)速(su)PCB設計中也更需要經驗的不斷積累及業界間的深入交流。
下麵列舉的是其中一些廣受關注的問題。
布線拓樸對信號完整性的影響
當信號在高速PCB板 上沿傳輸線傳輸時可能會產生信號完整性問題。意法半導體的網友tongyang問:對於一組總線(地址,數據,命令)驅動多達4、5個設備(FLASH、 SDRAM等)的情況,在PCB布線時,是總線依次到達各設備,如先連到SDRAM,再到FLASH……還是總線呈星型分布,即從某處分離,分別連到各設 備。這兩種方式在信號完整性上,哪種較好?
對dui此ci,李li寶bao龍long指zhi出chu,布bu線xian拓tuo撲pu對dui信xin號hao完wan整zheng性xing的de影ying響xiang,主zhu要yao反fan映ying在zai各ge個ge節jie點dian上shang信xin號hao到dao達da時shi刻ke不bu一yi致zhi,反fan射she信xin號hao同tong樣yang到dao達da某mou節jie點dian的de時shi刻ke不bu一yi致zhi,所suo以yi造zao成cheng信xin號hao質zhi量liang惡e化hua。 yibanlaijiang,xingxingtuopujiegou,keyitongguokongzhitongyangchangdejigefenzhi,shixinhaochuanshuhefansheshiyanyizhi,dadaobijiaohaodexinhaozhiliang。zaishiyongtuopuzhijian,yaokaolvdaoxinhaotuopujiedianqingkuang、 實際工作原理和布線難度。不同的Buffer,對於信號的反射影響也不一致,所以星型拓撲並不能很好解決上述數據地址總線連接到FLASH和SDRAM的 時延,進而無法確保信號的質量;另一方麵,高速的信號一般在DSP和SDRAM之間通信,FLASH加載時的速率並不高,所以在高速仿真時隻要確保實際高 速信號有效工作的節點處的波形,而無需關注FLASH處波形;星型拓撲比較菊花鏈等拓撲來講,布線難度較大,尤其大量數據地址信號都采用星型拓撲時。
焊盤對高速信號的影響
在PCB中, 從設計的角度來看一個過孔主要由兩部分組成:中間的鑽孔和鑽孔周圍的焊盤。有名為fulonm的工程師請教嘉賓焊盤對高速信號有何影響,對此,李寶龍表 示:焊盤對高速信號有影響,其影響類似器件的封裝對器件的影響。詳細的分析,信號從IC內出來以後,經過邦定線、管腳、封裝外殼、焊盤、焊錫到達傳輸線, 這個過程中的所有關節都會影響信號的質量。但實際分析時,很難給出焊盤、焊錫加上管腳的具體參數。所以一般就用IBIS模型中的封裝的參數將他們都概括 了,當然這樣的分析在較低的頻率上可以接收,但對於更高頻率信號更高精度仿真就不夠精確。現在的一個趨勢是用IBIS的V-I、V-T曲線描述 Buffer特性,用SPICE模型描述封裝參數。
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如何抑製電磁幹擾
PCB是產生電磁幹擾(EMI)的源頭,所以PCB設 計直接關係到電子產品的電磁兼容性(EMC)。如果在高速PCB設計中對EMC/EMI予以重視,將有助縮短產品研發周期加快產品上市時間。因此,不少工 程師在此次論壇中非常關注抑製電磁幹擾的問題。例如,無錫祥生醫學影像有限責任公司的舒劍表示,在EMC測試中發現時鍾信號的諧波超標十分嚴重,請問是不 是要對使用到時鍾信號的IC的電源引腳做特殊處理,目前隻是在電源引腳上連接去耦電容。在PCB設計中還有需要注意哪些方麵以抑止電磁輻射呢?對此,李寶 龍指出,EMC的de三san要yao素su為wei輻fu射she源yuan,傳chuan播bo途tu徑jing和he受shou害hai體ti。傳chuan播bo途tu徑jing分fen為wei空kong間jian輻fu射she傳chuan播bo和he電dian纜lan傳chuan導dao。所suo以yi要yao抑yi製zhi諧xie波bo,首shou先xian看kan看kan它ta傳chuan播bo的de途tu徑jing。電dian源yuan去qu耦ou是shi解jie決jue傳chuan導dao方fang 式傳播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。
李寶龍也在回答WHITE網友的問題時指出,濾波是解決EMC通過傳導途徑輻射的一個好辦法,除此之外,還可以從幹擾源和受害體方麵入手考慮。幹擾源方 麵,試著用示波器檢查一下信號上升沿是否太快,存在反射或Overshoot、undershoot或ringing,如果有,可以考慮匹配;另外盡量避 免做50%占空比的信號,因為這種信號沒有偶次諧波,高頻分量更多。受害體方麵,可以考慮包地等措施。
RF布線是選擇過孔還是打彎布線
此次論壇中,也不有少網友就高速模擬電路設計提問。如精恒電子的一位網友問:在高速PCB中,過也可以減少很大的回流路徑,但有人說情願彎一下也不要打過也,那應該如何取舍?
對此,李寶龍指出,分析RF電路的回流路徑,與高速數字電路中信號回流不太一樣。二者有共同點,都是分布參數電路,都是應用Maxwell方程計算電路的 特性。但射頻電路是模擬電路,有電路中電壓V=V(t)、電流I=I(t)兩個變量都需要進行控製,而數字電路隻關注信號電壓的變化V=V(t)。因此, 在RF布線中,除了考慮信號回流外,還需要考慮布線對電流的影響。即打彎布線和過孔對信號電流有沒有影響。此外,大多數RF板都是單麵或雙麵PCB,並沒有完整的平麵層,回流路徑分布在信號周圍各個地和電源上,仿真時需要使用3D場提取工具分析,這時候打彎布線和過孔的回流需要具體分析;高速數字電路分析一般隻處理有完整平麵層的多層PCB,使用2D場提取分析,隻考慮在相鄰平麵的信號回流,過孔隻作為一個集總參數的R-L-C處理。
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超實用的PCB設計技巧(上篇)
高速PCB的可控性與電磁兼容性設計
高速印製電路板的EMC設計
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