EDA365欢迎您登录！
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
本帖最后由 monsterskyy 于 2022-2-8 14:24 编辑 , n9 k. ^8 D) W; K- f/ u. h$ V9 U9 e
' t0 B6 |6 [+ |( y, o- y 当前的电子产品PCB上或多或少都有一些是高速信号网络。在设计电路和PCB时就要多注意这些信号网络的信号完整性。 对于很多工程师来讲，信号完整性说起来是一句很简单的话，但是很多时候却要了硬件或者PCB设计工程师一条“老命”。本文主要针对PCB设计来讨论，看看在PCB设计时，有哪些点会导致信号完整性问题？ 1 PCB材料选择 PCB使用什么样的PCB材料会直接影响到信号完整性。比如PCB材料的介电常数、介质损耗角、铜箔粗糙度、玻纤布等等参数都会影响信号的电气性能。如下是PCB材料的介电常数和介质损耗角随着频率变化的曲线。 j w' j% ]& R& O
PCB材料是基础，所以在设计PCB之前，要选择好合适的PCB材料。 2 层叠设计 层叠设计是PCB设计中很重要的一步。如果层叠设计不合理，会直接导致设计存在天然的信号完整性问题。 ) P' P& M6 ]; q' t
比如在设计层叠时，我们通常都是按照厚度选择，而对于相同的材料，也有很多种PP或者Core，那他们的性能并不是相同的，比如电气参数Dk/Df、玻纤规格等。
4 C( H0 A0 ~/ s$ v! \. i对于高速信号，还要注意玻纤效应的影响。
9 _5 @; E& Q3 i3 传输线的线宽 传输线的线宽是由阻抗决定的，根据总线或者芯片平台的要求，确定好传输线的阻抗；再根据阻抗，在ADS CILD中计算传输线的线宽。
9 N3 G: `/ @- }; e5 ?在设计PCB中，工程师都希望传输线的线宽是一致的，这样设计效率是最高的，但是这很难保证，因为很多芯片、连接器这类器件的pitch都可能会比较小，或者引脚的密度很高，就会导致在设计中会把线宽变小。
' `% ?3 D' d! _: d* |% _线宽变化之后就会影响到信号完整性。在设计中要尽量减少这种线宽的变化，或者尽量缩短这种变化线宽的长度，等等。 如果传输线太多，也可以考虑在ADS SIPro中使用RapidScan-Z快速扫描，查找到线宽变化，即阻抗不连续的点。 4 传输线之间的间距 在PCB设计中，传输线的间距有很多种类型，比如差分对内的间距，不同类型的传输线之间的间距等等。不同的间距要求不同，如果是差分对之间的间距，则不能太近（小），也不能太远（大），由阻抗和设计要求决定。
" b" V, ]' F7 g, h: l$ d; E7 r7 V 如果是不同类型传输线的间距，则希望间距尽量远一点，这样相互之间的串扰就会小，但是受限于空间和成本，这类间距也不能无限制的小。下面是随着间距变化，串扰的变化趋势。 5传输线的长度 传输线的长度由于产品结构和实际设计决定。在没有特殊要求的情况下，都希望传输线设计的短一点。因为传输线越长，信号的衰减越大，能量损失越大。 如果传输线的长度确实很长，而又不能缩短，这种情况下可以考虑换低损耗的板材或者在链路上使用repeater。
3 {' p4 g q; r( J
& i& H6 H' X- f& W0 O4 n& _( b6传输线等长 等长这个概念其实是工程师“偷（聪）懒（明）”想出来的。那我们还是沿用这个概念来谈。传输线等长包括差分对内等长，也包括相同类型的传输线组内等长。如果传输线不等长会带来一些信号完整性的问题，包括时序不满足要求、损耗过大或者容易受干扰等等。最简单的方式就通过绕线使差分对不同的两段传输线长度一致。 实际上这种绕线等长，在电学当中它并不能完全满足设计要求。需要适当的调整，使传输线的延时是一致的才最好。尤其是对于组内等长（DDR总线），要尤其注意等长设计。 90%的工程师都没意识到的高速电路设计问题：等长绕线的影响" Q7 f$ L; k1 [) N$ i( _( B
7 跨分割 在PCB设计中，工程师总会在不经意间造成传输线跨分割。对于低速信号可能并不是什么问题，但是对于高速信号而言可能就会引起灾难性的结果。跨分割会引起阻抗不连续、反射、时序以及信号的辐射等等问题。
. G# W/ E8 W! u8 @6 D* @1 p# f1 L# ]7 V2 w$ A, D- P/ V: m
显然，跨分割设计的结果会稍微差一些。在PCB设计中，如果不可避免跨分割设计，应尽量减少跨分割传输线的长度；尤其是当信号速率比较高（比如25Gbps）时，一旦出现跨分割就要谨慎评估，尽量避免跨分割。 0 e2 E, j y) G- {4 z% B% u. i
8拓扑结构 随着电子技术的发展，越来越多的总线都采用点对点的设计，但是有的总线也依然保留着多拓扑结构设计，比如DDR总线，其时钟、地址、控制、命令信号线。 Flyby拓扑结构设计就可能会造成阻抗的不连续，如果要解决这类结构造成的信号完整性问题，就需要做好传输线的阻抗补偿、端接（或者调节ODT）等。 9 过孔 对于多层板的PCB设计，过孔是不可或缺的。对于传输线而言，过孔往往会造成一些阻抗不连续、损耗变大等信号完整性问题。对于高速信号或者高频信号的传输线过孔设计，就需要优化其过孔的结构，比如钻孔的大小、焊盘、anti-pad、Via Stub等等。 10 电源系统设计 电源系统的设计是电子产品设计的重中之重，电源系统也是最容易出问题的地方。在越来越复杂的电子系统中，一个电子系统中可能有10多组电源，或者有的更多。 , I, h H, @% M C
对于做系统产品的工程师而言，如何设计好电源主要分为两个部分，一个是电源系统的电路设计，一个是电源系统的PCB设计。在设计PCB时需要考虑到电源平面的分布和设计以及滤波电容的分布和摆放。为了更合理的设计好这些电源，尽量在设计之初和设计完成之后进行电源完整性的仿真，尽早发现可能存在的问题。 11总结 在越来越复杂、越来越高速、越来越紧凑的电子产品设计中，PCB设计的难度越来越高，信号完整性的问题也越来越多，问题也绝不仅限于本文所介绍的这些。不管任何设计，在设计过程中要有好的设计习惯，设计前和设计后尽量使用仿真工具进行仿真分析。 # H/ p ^/ A, }
| 
/1 
发表于 2022-2-8 14:23
收藏
淘帖
支持！
反对！