关于PCB板级设计和IC封装设计的信号完整性100条经验法则

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随着现代数字电子系统突破1 GHz的壁垒，PCB板级设计和IC封装设计必须都要考虑到信号完整性和电气性能问题。 凡是介入物理设计的人都可能会影响产品的性能。所有的设计师都应该了解设计如何影响信号完整性，至少能够和信号完整性专业的工程师进行技术上的沟通。 当快速地得到粗略的结果比以后得到精确的结果更重要时，我们就使用经验法则。

经验法则只是一种大概的近似估算，它的设计目的是以最小的工作量，以知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。

下面是具有40年研究经验的国际大师Eric BogaTIn给出的100条估计信号完整性效应的经验法则。

1、信号上升时间约是时钟周期的10%，即1/10x1/Fclock。例如100MHZ 使中的上升时间大约是1NS.

2、理想方波的N 次谐波的振幅约是时钟电压副值的2/（N 派）倍。例如，1V时钟信号的第一次谐波幅度约为0.6V，第三次谐波的幅度约是0.2V。

3、信号的带宽和上升时间的关系为：BW=0.35/RT。例如，如果上升时间是1NS，

则带宽是350MHZ。如果互连线的带宽是3GHZ，则它可传输的最短上升时间约为0.1NS。

4、如果不知道上升时间，可以认为信号带宽约是时钟频率的5 倍。

5、LC 电路的谐振频率是5GHZ/sqrt（LC），L 的单位为NH，C 的单位为PF。

6、在400MHZ 内，轴向引脚电阻可以看作理想电阻;在2GHZ 内，SMT0603电阻可看作理想电阻。

7、轴向引脚电阻的ESL（引脚电阻）约为8NH，SMT 电阻的ESL 约是1.5NH。

8、直径为1MIL 的近键合线的单位长度电阻约是1 欧姆/IN。

9、24AWG 线的直径约是20MIL，电阻率约为25 毫欧姆/FT。

10、 1 盎司桶线条的方块电阻率约是每方块0.5 豪欧姆。

11、 在10MHZ 时，1 盎司铜线条就开始具有趋肤效应。

12、 直径为1IN 球面的电容约是2PF。

13、 硬币般大小的一对平行板，板间填充空气时，他们间的电容约为1PF。

14、 当电容器量板间的距离与板子的宽度相当时，则边缘产生的电容与平行板形成的产生的电容相等。例如，在估算线宽为10MIL、介质厚度为10MIL的微带线的平行板电容时，其估算值为1PF/IN，但实际的电容约是上述的两倍，也就是2PF/IN。

15、 如果问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、 1 片功率为1W 的芯片，去耦电容（F）可以提供电荷使电压降小于小于

5%的时间（S）是C/2。

17、 在典型电路板钟，当介质厚度为10MIL 时，电源和地平面间的耦合电容

是100PF/IN 平方，并且它与介质厚度成反比。

18、 如果50 欧姆微带线的体介电常数为4，则它的有效介电常数为3。

19、 直径为1MIL 的圆导线的局部电感约是25NH/IN 或1NH/MM。

20、 由10MIL 厚的线条做成直径为1IN 的一个圆环线圈，它的大小相当于拇

指和食指围在一起，其回路电感约为85NH。

21、 直径为1IN 的圆环的单位长度电感约是25NH/IN 或1NH/MM。例如，如

果封装引线是环形线的一部分，且长为0.5IN，则它的电感约是12NH。

22、 当一对圆杆的中心距离小于它们各自长度的10%时，局部互感约是各自

的局部互感的50%。

23、 当一对圆杆中心距与它们的自身长度相当时，它们之间的局部互感比它

们各自的局部互感的10%还要少。

24、 SMT 电容（包括表面布线、过孔以及电容自身）的回路电感大概为2NH，

要将此数值降至1NH 以下还需要许多工作。

25、 平面对上单位面积的回路电感是33PHx 介质厚度（MIL）。

26、 过孔的直径越大，它的扩散电感就越低。一个直径为25MIL 过孔的扩散电感约为50PH。

27、 如果有一个出沙孔区域，当空闲面积占到50%时，将会使平面对间的回路电感增加25%。

28、 铜的趋肤深度与频率的平方跟成反比。1GHZ 时，其为2UM。所以，10MHZ 时，铜的趋肤是20UM。

29、 在50 欧姆的1 盎司铜传输线中，当频率约高于50MHZ 时，单位长度回路电感为一常数。这说明在频率高于50MHZ 时，特性阻抗时一常数。

30、 铜中电子的速度极慢，相当于蚂蚁的速度，也就是1CM/S。

31、 信号在空气中的速度约是12IN/NS。大多数聚合材料中的信号速度约为6IN/NS。

32、 大多数辗压材料中，线延迟1/V 约是170PS/IN。

33、 信号的空间延伸等于上升时间X 速度，即RTx6IN/NS。

34、 传输线的特性阻抗与单位长度电容成反比。

35、 FR4 中，所有50 欧姆传输线的单位长度电容约为3.3PF/IN。

36、 FR4 中，所有50 欧姆传输线的单位长度电感约为8.3NH/IN。

37、 对于FR4 中的50 欧姆微带线，其介质厚度约是线宽的一半。

38、 对于FR4 中的50 欧姆带状线，其平面间的间隔时信号线线宽的2 倍。

39、 在远小于信号的返回时间之内，传输线的阻抗就是特性阻抗。例如，当驱动一段3IN 长的50 欧姆传输线时，所有上升时间短与1NS 的驱动源在沿线传输并发生上升跳变时间内感受到的就是50 欧姆恒定负载。

40、 一段传输线的总电容和时延的关系为C=TD/Z0。

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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。

522353184@qq.co

感谢，学习了

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lnfsxiaokt

十分感谢，受教了！！