100条估计信号完整性效应的经验法则

彭水飞

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2 z! `! w5 t2 D+ Z/ T0 i. P- Y5 sSometimes an OK answer now! is better than a good answer late---Eric Bogatin
  w  Y9 r& m/ F7 E. m! `' J* R当快速地得到粗略结果比以后得到优良结果更重要，就应该使用经验法则。

经验法则是一种大概的近似估算，它的目的是以最小的工作量， 以直觉为基础找到一个快速的答案。经验法则是估算的出发点，它可以帮助我们区分5或50而且它能帮助我们在设计的早期阶段就对设计有较好的整体规划。在速度和准确度的权衡之间，经验法则倾向于快速，但并不是很准确。

不能盲目地使用经验法则，它必须基于对基本原理的深刻了解和良好的工程判断能力。

准确度很重要，例如设计签发时，某个数值偏离百分之几就要付出百万美元的代价，则必须使用验证过的数值仿真工具。

采用分析工具，包括经验法则、解析近似和数值仿真，去评估设计，以优化设计的性能、成本、风险和进度。

1	信号的上升边约为时钟周期的10%，即1/10×1/Fclock。例如100MHz时钟的上升边约为1 ns。
2	理想方波n次谐波的幅度约为时钟电压的2/（nπ）。例如，1V时钟信号的1次谐波幅度约为0.6V，3次谐波的幅度约为0.2V。
3	信号的带宽和上升边的关系为BW=0.35/RT。如果上升边为1ns，那么带宽为350 MHz。如果互连的带宽为3GHz，则它可传输的最短上升边约为0.1 ns。
4	如果不知道上升边，则可认为信号带宽约为时钟频率的5倍。例如，时钟频率是1GHz，则信号带宽约为5GHz。
5	LC电路的谐振频率是5 GHz/√LC，L的单位为nH，C的单位为pF。例如，封装引线和它的返回路径之间的回路自感是7nH，它的电容约为1pF，其振铃的频率约为2GHz。
6	在400MHz内轴向引脚电阻器可以看成理想电阻器;在2GHz内，SMT0603电阻器可看成理想电阻器。
7	轴向引脚电阻器的ESL（引线电感）约为8nH，SMT电阻器的ESL约为2nH。
8	直径为1mil的金键合线的单位长度电阻约为1Ω/in。例如，50mil长的金键合线的电阻约为50 mΩ。
9	24AWG导线的直径约为20mil，电阻率约为25mΩ/ft。
10	1盎司铜线条的方块电阻率约为0.5mΩ/sq（方块）。例如，5mil宽且1in长的线条，约有200个方块，其串联电阻是200×0.5=100 mQ=0.1Ω。
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13	硬币般大小的一对平行板， 游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复
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15	如果我们对材料特性一无所知，只知道它是有机绝缘体，则认为它的介电常数约为4。
16	—个功耗为1 W的芯片，由去耦电容（单位为F）提供电荷，使电压下沉小于5%的时间（单位为s）是电容容值的一半。例如，如果去耦电容为10 nF,则它只能提供5 ns的去耦时间。如果需要10us的去耦时间，就要使用20uF的电容。
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18	如果50Ω微带线的体介电常数为4, 游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复
19	直径为1 mil的圆导线的局部自感约为25nH/in或1 nH/mm。例如，1.5mm长的过孔的局部自感约为1.5 nH。
20	由10 ini）厚的线条制成直径为1 in的一个圆环线圈，它的大小相当于拇指和食指围在一起，其回路自感约为85nH。
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23	当一对圆杆的中心距与它们的自身长度相当时,它们之间的局部互感比各自局部自感的10%还要少。例如，如果长为25 mil的平行过孔的中心距大于25 mil,则它们之间几乎没有感性耦合。
24	SMT电容器（包括表层走线、过孔及电容器本身）的回路电感约为2 nH,要将此数值降至1 nH以下，还需要做许多工作。
25	平面对上每方块的回路电感为33 pH x介质厚度（mil）。例如，如果介质厚2 mil,则平面之间的每方块回路电感是66 pH。

26	如果平面对上出砂孔区域的空闲面积占到50%，就会使平面对之间的回路电感增加50%。
27	铜的集肤深度与频率的平方根成反比，当频率为1GHz时，其为2um，所以10 MHz时铜的集肤深度是20μm。
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29	铜中电子的速度极慢，相当于 游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复
30	信号在空气中的速度约为12 in/ns。大多数聚合材料中的信号速度约为6in/ns。
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33	传输线的特性阻抗与单位长度电容成反比。
34	FR4中，所有50Ω传输线的单位长度电容约为3.3pF/in。例如，BGA引线设计成50Ω，当长为0.5in时，它的电容约为1.7 pF。
35	FR4中，所有50Q.传输线的单位长度电感约为8.3nH/in。例如，如果连接器的阻抗为50Ω且长度为0.5in，则信号一返回路径对之间的回路电感约为4nH。
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37	对于FR4中的50Q带状线，其平面之间的间隔是信号线宽的两倍。例如，如果线宽为10 mil，则两个平面之间的间隔为20mil。
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40	一段传输线的总回路电感和时延的关系为L=TD×Z0。例如，如果传输线TD为1ns.特性阳抗是50Ω，则信号路径和返回路径之间的回路电感为50nH。
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42	如里5Ω微带线中返回路径的宽度至少为信号线宽的3倍，则其特性阻抗与返回径无限宽时的特性阻抗的偏差小于1%。
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44	微带线顶层的阻焊层厚度会使特性阻抗减小，厚度每增加1mil，阻抗就会减少2Ω。例如，0.5mil阻焊层会使特性阻抗约减小1Ω。
45	为了得到准确的集总电路近似，在每个上升边的空间延伸里至少需要有3.5个LC节。例如，如果上升边延伸为6in，那么为了达到准确的近似，在每6in内至少需要3.5个LC节，即每隔2in就有一节。
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47	如果传输线时延比信号上升边的20%还短，就不需要对传输线进行端接。
48	在50Ω系统中，5Ω的阻抗变化引起的反射系数是5%。
49	保持所有突变的量值（单位为in）尽量短于上升边的量值（单位为ns）。例如，如果上升边为0.5ns，则应保持所有阻抗突变长度小于0.5in。这样设计过孔区域的颈状长度，就是可接受的。
50	远端的容性负载会增加信号的上升边。10%~90%上升边约为（100C）ps，其中C的单位为pF。例如，如果接收器的输入门电容的典型值是2pF，则RC制约的上升边约为200 ps.
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53	容性突变会使50%点的时延累加0.5Z。C。例如，如果50Ω传输线的电容是1 pF，则累加的时延将是25 ps。
54	如果突变的电感（单位为nH）小于上升边（单位为ns）的10倍，则不会产生问题。例如，如果上升边为1ns，则可接受的最大感性突变约为10nH。
55	上升边小于1ns的信号，回路电感约为10nH的轴向引脚电阻器可能会产生较多反射噪声，这时可换成表面贴片式电阻器。
56	在50Ω系统中，需要用4pF 电容去补偿10nH电感。
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59	对于3mil或更宽的线条而言，低损耗区全发生在10MHz频率以上。在低损耗区，性阻抗及信号速度与损耗和频率无关。在常见的板级互连中不存在由损耗引起的色散现象。
60	负3dB衰减相当于初始功率减小到50%，初始电压幅度减小到70%。
61	负20dB衰减相当于初始功率减小到1%，初始电压幅度减小到10%。
62	当处于趋肤效应状态时，信号路径与返回路径的单位长度串联电阻约为（8/w)×√f,其中线宽w的单位为mil，频率f的单位为GHz。例如，10mil宽的的线条，其串联电阻约为0.8Ω/in，并且与频率的平方根成正比。
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64	FR4的耗散因子约为0.02。
65	1GHz时，FR4中由介质材料产生的衰减约为0.1dB/in，并随频率线性增加。
66	对于FR4中的8mil宽的50Ω传输线，在1GHz时，其导线损耗与介质材料损耗相等。
67	受耗散因子的制约，FR4互连（其长度Len的单位为in）的带宽约为30 GHz/Len。例如，50Ω的10in长的传输线的带宽为3GHz。
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69	如果互连长度（单位为in）大于上升边（单位为ns）的50倍，则FR4介质板中由损耗引起的上升边退化是不容忽视的。例如，如果上升边是200ps，则当线长大于10in时，必须考虑损耗。
70	一对50Ω微带传输线中，线间距与线宽相等时，信号线之间的耦合电容约占5%。
71	一对50Ω微带传输线中，线间距与线宽相等时，信号线之间的耦合电感约占15%。
72	对于1ns的上升边，FR4中近端噪声的饱和长度是3in，它与上升边成比例。例如，如果上升边为0.5 ns，则饱和长度为1.5in。
73	一条线的负载电容是一个常量，与附近其他线条的接近程度无关。
74	对于50Ω微带线，线间距与线宽相等时， 游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复
75	对于50Ω微带线，线间距是线宽的2倍时， 游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复
76	对于50Ω微带线，线间距是线宽的3倍时， 游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复
77	对于50Ω带状线，线间距与线宽相等时， 游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复
78	对于50Ω带状线，线间距是线宽的2倍时，近端串扰约为2%。
79	对于50Ω带状线，线间距是线宽的3倍时，近端串扰约为0.5%。
80	一对50Ω.微带传输线中，间距与线宽相等时，远端噪声为4%×TD/RT。如果线延近为1ns.上升边为0.5 ns，则远端噪声为8%。
81	一对50Ω微带传输线中，间距是线宽的2倍时，远端噪声为2%×TD/RT。如果线迟为1ns.上升边为0.5ns，则远端噪声为4%。
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85	在50Ω的线间距离等于线宽时，受害线上75%的串扰来源于受害线两边相邻的两条线。
86	在50Ω总线中，线间距离等于线宽时，受害线上95%的串扰来源于受害线两边距离最近的每边各两条线。
87	在50Ω总线中，线间距离等于线宽的2倍时，受害线上100%的串扰来源于受害线两边相邻的两条线。这时可忽略它与总线中其他所有线之间的耦合。
88	对于表层走线，加大相邻信号线之间的距离，使之足以添加一个防护布线，常常可将串扰减小到一个可接受的水平，这时并不一定要增加这条防护布线。如果添加短接的防护布线，则可将串扰减小约50%。
89	对于带状线，使用防护布线可以使串扰减小到不用防护布线时的10%。
90	为了保持开关噪声在可接受的水平，必须使互感小于2.5nH×上升边（单位为ns）。例如，如果上升边为0.5ns，那么由于两对信号一返回路径对之间的耦合产生了开关噪声串扰，为使此值保持在一个可接受的水平，互感应该小于1.3nH。
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92	在LVDS信号中，共模信号分量比差分信号分量大2倍以上。
93	如果两条单端线之间没有耦合，则差分对的差分阻抗是其中任意一个单端线阻抗的2倍。
94	一对50Ω微带线，只要其中一条线的电压维持在高或低不变，则另一条线的单端特性阻抗就与相邻线的邻近程度完全无关。
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96	对于宽边耦合差分对，线间距应至少比线宽大，这么做的目的是为了获得可高达100Ω的差分阻抗。
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98	在无屏蔽的双绞线电缆上，只要有大约3μA的共模电流，就无法通过联邦通信委员会（FCC）的B级电磁兼容测试认证。
99	邻近的单端攻击线在紧耦合差分对上产生的差分信号串扰比弱耦合差分对上的少30%。
100	邻近的单端攻击线在紧耦合差分对上产生的共模信号串扰比弱耦合差分对上的多30%。

rex-pentair

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哑巴先生

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跟着彭老师学习

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学习学习，谢谢彭老师

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zhishide7

谢谢水飞老师

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学习使人快乐

gyb0912

错别字有些多

wanwanA

zhishide7 发表于 2020-08-25 11:09:57
谢谢水飞老师

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5 o  |1 b: `5 b5 a0 B谢谢水飞老师
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谢谢分享

彭水飞

gyb0912 发表于 2020-8-25 15:39
错别字有些多

别字或者疏漏的地方已基本纠正，还在更新，也在不停的检视。希望多找问题，感谢。

zy-fighting

学习一下