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[導(dǎo)讀]隨著器件工作頻率越來(lái)越高,高速PCB設(shè)計(jì)所面臨的信號(hào)完整性等問(wèn)題成爲(wèi)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸,工程師在設(shè)計(jì)出完整的解決方案上面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。盡管有關(guān)的高速仿真工具和互連工具可以幫助設(shè)計(jì)師解決部分難題,但高速PCB設(shè)計(jì)也更需要經(jīng)驗(yàn)的不斷積累及業(yè)界間的深入交流。

焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)的影響

在PCB中,從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看,一個(gè)過(guò)孔主要由兩部分組成:中間的鉆孔和鉆孔周圍的焊盤(pán)。焊盤(pán)對(duì)高速信號(hào)有影響,其影響類似器件的封裝對(duì)器件的影響。詳細(xì)的分析是,信號(hào)從IC內(nèi)出來(lái)以後,經(jīng)過(guò)邦定線、管腳、封裝外殼、焊盤(pán)、焊錫到達(dá)傳輸線,這個(gè)過(guò)程中的所有關(guān)節(jié)都會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量。但實(shí)際分析時(shí),很難給出焊盤(pán)、焊錫加上管腳的具體參數(shù)。所以一般就用IBIS模型中的封裝的參數(shù)將它們都概括了,當(dāng)然這樣的分析在較低的頻率上可以接收,但對(duì)於更高頻率信號(hào)更高精度仿真就不夠精確?,F(xiàn)在的一個(gè)趨勢(shì)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(shù)。


高速PCB設(shè)計(jì)的<a href=信號(hào)完整性問(wèn)題分析" src="/images/21ic_nopic.gif" data-src="c96fEMaijuALq74S1ThP/t4rzOlEvtt5ttnPrxETgmU6xUMJAohhWpm7gKTmMMrv6+SqIC2whj8qYeQxAg" class="delay_img" alt="常見(jiàn)的信號(hào)完整性問(wèn)題" width="318" height="188" />

布線拓樸對(duì)信號(hào)完整性的影響

當(dāng)信號(hào)在高速PCB板上沿傳輸線傳輸時(shí)可能會(huì)産生信號(hào)完整性問(wèn)題。布線拓?fù)鋵?duì)信號(hào)完整性的影響,主要反映在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上信號(hào)到達(dá)時(shí)刻不一致,反射信號(hào)同樣到達(dá)某節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻不一致,所以造成信號(hào)質(zhì)量惡化。一般來(lái)講,星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以通過(guò)控制同樣長(zhǎng)的幾個(gè)分支,使信號(hào)傳輸和反射時(shí)延一致,達(dá)到比較好的信號(hào)質(zhì)量。

在使用拓?fù)渲?,要考慮到信號(hào)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)情況、實(shí)際工作原理和布線難度。不同的Buffer,對(duì)於信號(hào)的反射影響也不一致,所以星型拓?fù)洳⒉荒芎芎媒鉀Q上述數(shù)琣a址總線連接到FLASH和SDRAM的時(shí)延,進(jìn)而無(wú)法確保信號(hào)的質(zhì)量;另一方面,高速的信號(hào)一般在DSP和SDRAM之間通信,F(xiàn)LASH加載時(shí)的速率并不高,所以在高速仿真時(shí)只要確保實(shí)際高速信號(hào)有效工作的節(jié)點(diǎn)處的波形,而無(wú)需關(guān)注FLASH處波形;星型拓?fù)浔容^菊花鏈等拓?fù)鋪?lái)講,布線難度較大,尤其大量數(shù)據(jù)地址信號(hào)都采用星型拓?fù)鋾r(shí)。

RF布線是選擇過(guò)孔還是打彎布線

分析RF電路的回流路徑,與高速數(shù)字電路中信號(hào)回流不太一樣。二者有共同點(diǎn),都是分布參數(shù)電路,都是應(yīng)用Maxwell方程計(jì)算電路的特性。但射頻電路是模擬電路,有的電路中電壓V=V(t)、電流I=I(t)兩個(gè)變量都需要進(jìn)行控制,而數(shù)字電路只關(guān)注信號(hào)電壓的變化V=V(t)。因此,在RF布線中,除了考慮信號(hào)回流外,還需要考慮布線對(duì)電流的影響。即打彎布線和過(guò)孔對(duì)信號(hào)電流有沒(méi)有影響。

此外,大多數(shù)RF板都是單面或雙面PCB,并沒(méi)有完整的平面層,回流路徑分布在信號(hào)周圍各個(gè)地和電源上,仿真時(shí)需要使用3D場(chǎng)提取工具分析,這時(shí)候打彎布線和過(guò)孔的回流需要具體分析;高速數(shù)字電路分析一般只處理有完整平面層的多層PCB,使用2D場(chǎng)提取分析,只考慮在相鄰平面的信號(hào)回流,過(guò)孔只作爲(wèi)一個(gè)集總參數(shù)的R-L-C處理。

如何抑制電磁干擾

PCB是産生電磁干擾 (EMI) 的源頭,所以PCB設(shè)計(jì)直接關(guān)系到電子産品的電磁兼容性(EMC)。如果在高速PCB設(shè)計(jì)中對(duì)EMC/EMI予以重視,將有助縮短産品研發(fā)周期加快産品上市時(shí)間。

EMC的三要素爲(wèi)輻射源,傳播途徑和受害體。傳播途徑分爲(wèi)空間輻射傳播和電纜傳導(dǎo)。所以要抑制諧波,首先看看它傳播的途徑。電源去耦是解決傳導(dǎo)方式傳播,此外必要的匹配和屏蔽也是需要的。

濾波是解決EMC通過(guò)傳導(dǎo)途徑輻射的一個(gè)好辦法,除此之外,還可以從干擾源和受害體方面入手考慮。干擾源方面,試著用示波器檢查一下信號(hào)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(hào),因爲(wèi)這種信號(hào)沒(méi)有偶次諧波,高頻分量更多。受害體方面,可以考慮包地等措施。

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