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        從PCB制造到組裝一站式服務(wù)

        信號(hào)完整性初步分析

        2013
        02/21
        本篇文章來(lái)自
        捷多邦

          信號(hào)在信號(hào)線上的質(zhì)量,是信號(hào)在電路中能以正確的時(shí)序和電壓作出響應(yīng)的能力叫做信號(hào)完整性(Signal Integrity)簡(jiǎn)稱SI,    集成電路芯片(IC)或邏輯器件的開(kāi)關(guān)速度高,端接元件的布局不正確或高速信號(hào)的錯(cuò)誤布線等都會(huì)引起如反射(reflection)、串?dāng)_(crosstalk)、過(guò)沖(overshoot)、欠沖(undershoot)、振鈴(ringing)等信號(hào)完整性問(wèn)題,從而可能使系統(tǒng)輸出不正確的數(shù)據(jù),電路工作不正常甚至完全不工作.

          PCB的信號(hào)完整性與設(shè)計(jì)    在PCB的設(shè)計(jì)中,PCB設(shè)計(jì)人員需要把元器件的布局、布線及每種情況下應(yīng)采用的何種SI問(wèn)題解決方法綜合起來(lái),才能更好地解決PCB板的信號(hào)完整性問(wèn)題.在某些情況下IC的選擇能決定SI問(wèn)題的數(shù)量和嚴(yán)重性.開(kāi)關(guān)時(shí)間或邊沿速率是指IC狀態(tài)轉(zhuǎn)換的速率,IC邊沿速率越快,出現(xiàn)SI問(wèn)題的可能性越高,正確地端接器件就很重要.     PCB設(shè)計(jì)中減少信號(hào)完整性問(wèn)題常用的方法是在傳輸線上增加端接元器件.在端接過(guò)程中,要權(quán)衡元器件數(shù)量、信號(hào)開(kāi)關(guān)速度和電路功耗三方面的要求.例如增加端接元器件意味著PCB設(shè)計(jì)人員可用于布線的空間更少,而且在布局處理的后期增加端接元器件會(huì)更加困難,因?yàn)楸仨殲樾碌脑筒季€留出相應(yīng)的空間.因此在PCB布局初期就應(yīng)當(dāng)搞清楚是否需要放置端接元器件.

          信號(hào)完整性設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則

          如何合理設(shè)計(jì)電流的分配?尤其是電/地層中電流的分配設(shè)計(jì)十分困難,而總電流在PCB板中的分配如果不均勻,會(huì)直接明顯地影響PCB板的不穩(wěn)定工作.

          如何設(shè)計(jì)多種類的電源分塊系統(tǒng)?如3.3V、2.5V、3V、1.8V、5V、12V等等.電源層的合理分割和共地問(wèn)題是PCB是否穩(wěn)定的一個(gè)十分重要的因素.

          如何配置退耦電容?利用退耦電容來(lái)消除噪聲是常用的手段,但如何確定其電容量?電容放置在什么位置?采用什么類型的電容等?

          如何消除地彈噪聲?地彈噪聲是如何影響和干擾有用信號(hào)的?

          回路(Return Path)噪聲如何消除?很多情況下,回路設(shè)計(jì)不合理是電路不工作的關(guān)鍵,而回路設(shè)計(jì)往往是工程師最束手無(wú)策的工作.

          PCB的層數(shù)如何定義?包括采用多少層?各個(gè)層的內(nèi)容如何安排最合理?如應(yīng)該有幾層信號(hào)層、電源層和地層,信號(hào)層與地層如何交替排列等.

          常見(jiàn)的如過(guò)沖、欠沖、振鈴、傳輸線時(shí)延、阻抗匹配、串?dāng)_、毛刺等有關(guān)信號(hào)畸變的問(wèn)題,但這些問(wèn)題和上述問(wèn)題是不可分割的,它們之間是因果關(guān)系.

          2.確保信號(hào)完整性的PCB板設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

          SI和EMC專家在PCB布線之前要進(jìn)行仿真和計(jì)算,然后,PCB板設(shè)計(jì)就可以遵循一系列非常嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則,在有疑問(wèn)的地方,可以增加端接元器件,從而獲得盡可能多的SI安全裕量.

          電源完整性(PI)與信號(hào)完整性(SI)是密切關(guān)聯(lián)的,電源完整性直接影響最終PCB板的信號(hào)完整性.而且很多情況下,影響信號(hào)畸變的主要原因是電源系統(tǒng).

          信號(hào)完整性(SI)問(wèn)題解決得越早,設(shè)計(jì)的效率就越高,從而可避免在電路板設(shè)計(jì)完成之后才增加端接元器件.

          EMC設(shè)計(jì)目前主要采用設(shè)計(jì)規(guī)則檢查方式,很重要的一點(diǎn),就是企業(yè)必須逐步建立和完善適合企業(yè)特定領(lǐng)域產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)范,形成一整套的EMC設(shè)計(jì)規(guī)則集.這些在國(guó)外的大公司非常普及,如三星和SONY.這些規(guī)則由人或者EDA軟件來(lái)檢查核對(duì).

          隨著IC輸出開(kāi)關(guān)速度的提高,不管信號(hào)周期如何,幾乎所有設(shè)計(jì)都遇到了信號(hào)完整性問(wèn)題.即使過(guò)去沒(méi)有遇到SI問(wèn)題,但是隨著電路工作頻率的提高,一定會(huì)遇到信號(hào)完整性的問(wèn)題.

        the end