PCB设计中高速数字电路中反射问题解决
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通常所说的高速数字电路是指电路的频率达到或超过一定数值，而且工作在这个频率之上的电路已经占到整个电子系统一定的份量。实际上，判定一个电路是否为高速电路并不能只从信号的频率去考虑，当信号的传输延迟大于信号上升时间的2O％时，电路板上的信号导线就会呈现出传输线效应，整个系统为分布式系统，此时这种电路即为高速电路。当前，电子系统与电路全面进入高速、高频设计领域。随着IC工艺的不断提高，驱动器的上升沿和下降沿由原来的十几ns减小到几ns，有的甚至达到ps量级。这时必须要考虑由传输线效应引起的信号完整性反射噪声问题，这已经成为高速数字电路设计中的一个主要问题。
1, 信号完整性概述
从广义上讲,信号完整性指的是在高速数字电路中由互连线引起的所有问题。它主要研究互连线与数字信号的电压，电流波形相互作用时，电气特性参数如何影响产品的性能。信号完整性问题主要包括以下四类问题：单一网络的信号反射；多网络间的串扰；电源和地分配中的轨道塌陷；电磁干扰和辐射。在这里主要讨论单一网络的信号反射噪声问题。
2, 信号反射噪声的形成
在高速数字电路中，信号在PCB板上沿传输线传输，遇到阻抗不连续时，就会有部分能量从阻抗不连续点沿传输线返回，从而产生反射。其大小与阻抗失配的程度有关，阻抗失配越大，反射就越大。
3, 反射系数p = Vreflected /Vincident =(Zt-Zo)/(Zt+Zo)，其中Zt表示负载阻抗，Zo表示传输线阻抗。
从公式中可以看出，当Zt = Zo时反射系数为0，没有反射产生；当Zt ≠ Zo时，将产生反射现象。反射是造成上冲、下冲和振铃的直接原因，是高速数字电路中最常见的信号完整性问题。
为了减小由反射造成的信号完整性问题，在所有的高速电路板中必须运用以下3个重要的设计因素：
(1)使用可控阻抗的互连线；
(2)使用合理的布线拓扑结构；
(3)对传输线进行阻抗匹配。
4，端接匹配技术
在高速数字系统中，传输线上阻抗不匹配会引起信号反射，减小和消除反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配，从而使源反射系数或负载反射系数为零。传输线的端接通常采用两种策略：
(1)使负载阻抗与传输线阻抗匹配，即并行端接；
(2)使源阻抗与传输线阻抗匹配，即串行端接。
上述两种端接策略各有其优缺点，以下就简要介绍这两类主要的端接方案。
并联端接
并联端接匹配是最简单的阻抗匹配技术，通过一个电阻R将传输线的末端接到地或者接到Vcc，如图2所示。在数字电路设计中，返回通路上吸收的电流通常都大于电源上提供的电流。将终端匹配到Vcc可以提高驱动器的能力，而将终端匹配到地则可以提高地上的吸收能力。
图1 并联端接匹配示意图
串联端接
串行端接匹配技术是在源端的终端匹配技术。由连接在驱动器输出端和信号线之间的一个电阻组成，如图3所示：这种匹配技术的优点是只为驱动器加入了一个电阻元件，因此相对于其它类型的电阻匹配技术来说匹配电阻的功耗是最小的，它没有为驱动器增加任何额外的直流负载，并且也不会在信号线与地之间引入额外的阻抗。此种技术在VXI接口设计，功能部分端口电路，时钟电路上都有所运用。
图2 串联端接匹配示意图
5、高速数字测试模块设计中的反射噪声问题
高速数字测试模块采用VXI总线结构，该仪器具备64路独立产生激励信号和采集响应数据的能力，通过编程使激励和响应之间建立起因果关系，可大大提高测试系统的自动化程度。整个硬件系统的结构如图3所示：
图3 高速数字测试模块结构图
可以看到，系统中采用了一片256 x 72bit，时钟频率为200MHz的同步SRAM，上升时间不到1ns；另外，功能接口部分信号频率虽然只有20MHz，但是经布局后估算传输线上的时延大于信号上升时间的20％，此时由反射引起的噪声会影响电路功能，必须加以控制。因此在PCB设计中必须采取有效的措施来解决信号完整性的反射噪声问题，否则整个设计将面临失败的危险。
在设计中，通过HyperLynx软件对Virtex-II Pro与SRAM之间未匹配的信号进行仿真，如图4(a)所示。虽然没有过冲，振铃之类的影响，但是由于反射使高电平降低到1.428V，而SRAM芯片要求最低输入高电平为1.7V，这显然不满足要求。
因此采用并联端接匹配，将终端电阻R接到Vcc来提高驱动器的能力，匹配电阻值通过HyperLynx软件中的终端向导功能寻找最佳的端接电阻值，最终确定端接51Ω的电阻。在采用了并联端接匹配后高电平提高到2.458V，如图5()所示。满足了电平匹配要求。
图4 (a)未匹配的SRAM信号
图4 (b)匹配后的SRAM信号
图4为使用并联端接匹配前后仿真对比
此外，还选取从Virtex-II Pro到前面板SMA接头的时钟走线进行仿真。时钟信号由Virtex-II Pro输出，经过SN74ABT126 到SMA接头，通过分析波形如图6(a)所示，会发现与驱动信号相比，信号在稳态时间内产生了明显的振铃噪声，这样可能造成数据的误判或丢失。因此，通过Hyperlynx工具对时钟电路进行信号完整性分析后，采用47Ω的电阻进行源端阻抗匹配，即Virtex-II Pro的输出阻抗加上匹配串连的47Ω电阻等于传输线的特征阻抗50Ω，从而在源端消除反射，仿真结果如图5(b)所示。通过仿真结果可以看出，时钟的信号质量得到了明显的改善。
(a) 未经优化的clock仿真结果
(b) 优化后的clock仿真结果
图5使用串联联端接匹配前后仿真对比
结束语：
在高速电路设计中，信号反射是最常见的信号完整性问题，往往对整个系统的性能产生许多难以预料的影响。因此对信号反射问题的分析在高速电路设计中的作用举足轻重，只有解决好这个问题，高速系统才能准确、稳定地工作。
备注：本原文并非EDAHUB原创，但经过EDAHUB分析整理，本文是反射问题的较经典案例，在此与各界同仁共同学习，如有涉及知识产权问题请联系我们，如未有联系，则认为是同意转载。也欢迎其他同仁转载此文。
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本文主要使用时域分析工具对DDR3设计进行量化分析，介绍了影响信号完整性的主要因素对DDR3进行时序分析，通过分析结果进行改进及优化设计。 1 概述 当今计算机系统DDR3存储器技术已得到广泛应用，数据传输率一再被提升，现已高达1866Mbps。在这种高速总线条件下，要保证数据传输质量的可靠性和满足并行总线的时序要求，对设计实现提出了极大的挑战。 本文主要使用了Cadence公司的时域分析工具对DDR3设计进行量化分析，介绍了影响信号完整性的主要因素对DDR3进行时序分析，通过分析结果进行改进及优化设计，提升信号质量使其可靠性和安全性大大提高。 2 DDR3介绍 DDR3内存与DDR2内存相似包含控制器和存储器2个部分，都采用源同步时序，即选通信号(时钟)不是独立的时钟源发送，而是由驱动芯片发送。它比DR2有更高的数据传输率，最高可达1866Mbps；DDR3还采用8位预取技术，明显提高了存储带宽；其工作电压为1.5V，保证相同频率下功耗更低。 DDR3接口设计实现比较困难，它采取了特有的Fly-by拓扑结构，用“Write leveling”技术来控制器件内部偏移时序等有效措施。虽然在保证设计实现和信号的完整性起到一定作用，但要实现高频率高带宽的存储系统还不全面，需要进行仿真分析才能保证设计实现和信号质量的完整性。 3 仿真分析 对DDR3进行仿真分析是以结合项目进行具体说明：选用PowerPC 64位双核CPU 模块，该模块采用Micron公司的MT41J256M16HA—125IT为存储器。Freescale 公司P5020为处理器进行分析，模块配置内存总线数据传输率为1333MT/s，仿真频率为666MHz。 3.1仿真前准备 在分析前需根据DDR3的阻抗与印制板厂商沟通确认其PCB的叠层结构。在高速传输中确保传输线性能良好的关键是特性阻抗连续，确定高速PCB信号线的阻抗控制在一定的范围内，使印制板成为“可控阻抗板”，这是仿真分析的基础。DDR3总线单线阻抗为50Ω，差分线阻抗为100Ω。 设置分析网络终端的电压值；对分析的器件包括无源器件分配模型；确定器件类属性；确保器件引脚属性(输入＼输出、电源＼地等)……
pcb设计心得体会范文 篇一：PCB电路板设计总结 经过五天的PCB电路板训练，通过对软件的使用，以及实际电路板的设计，对电路板有了更深的认识，知道了电路板的相关知识和实际工作原理。同时也感受到了电路板的强大能力，怪不得现在的电路都是采用集成的电路板电路，因为它实在是有太多的好处，节约空间，方便接线，能大大缩小电路的体积。方便人类小型电器的发明。但是电路板也有一定缺陷，就是太小了，散热不是特别好，这就使得器件的性能不能像想象中那么好。 通过使用，不得不说cadence软件确实很好用，功能太强大，而且也很方便使用，接线，布线，绘制电路板等，很方便使用，不过有一点就是，器件接线的时候不能直接把器件接到导线上，这点不够人性化。虽然说，软件学了五天时间，不过对软件使用还不是能完全掌握，只能掌握一些基本操作，对更深层的有些就不是很了解了。但是时间有限，只有一个星期实训PCB电路板，老师能教给我们的也只有这么多了，剩下的只有靠我们自己回去自己学习了，作为电子工程系的一名学生，深知掌握这些装也软件的重要性，因为以后我们从事的技术工作需要这些软件工具。 第一天搭接电路，还比较简单，只是有点麻烦，电路搭接好后就要开始封装各个元器件的封装，这就需要很大的耐心，一个一个元器件的进行封装，还不能弄错，不然后面就生成不了报表，生成不了报
表，后面进行电路板设计的时候就会导入错误，以致不能进行电路板设计。后面用PCB Editer 进行设计电路板设计要导入报表，然后才能开始布局和布线，由于导入的库文件里面没有sop8和sop28两个焊盘的封装，因此在进行设计电路板之前，要先设计那两个器件的焊盘的封装，然后导入库函数，才能导入报表的时候不会报错。不过导入的时候也遇到了一些问题，会提示二极管的管脚不匹配，譬如多一个2脚，少一个3角，然后就觉得很神奇，二极管就只有两个管脚怎么会有3脚了。后面通过老师的讲解，才明白，原来设计电路板的时候只认封装，不认元器件，是根据封装导入元器件，因此在设计封装的时候，管脚是怎么设计，在原理图里面就要把元器件的管脚改成和封装一样，后面把原理图的管脚改成和导入库函数里面的封装一样，提示就没有了，不过后面又遇到一些小问题，譬如说，下划线写成横线了，然后就有报错，找不到元器件的封装。这给我警示，在原理图的时候，要仔细认真的把管脚封装写对，最然会很麻烦。后面导入报表，开始设计电路板，先开始是布局，大致步好后，然后就开始用软件自带的自动布线，结果发现有很多蝴蝶结，为什么要自动布线，因为最开始我认为如果自动布线可以的话，那手动布线肯定也可以，结果后面一直自动布线不成功。后面老师讲解，才知道，不一定要自动布线成功才能手动布线，浪费了好多时间，以至于后面都要重新排，因为最开始没有把原理图的元器件分块布局，完全是凭感觉乱布局的，后面就是一大片密密麻麻的线，而且很多元器件接点的线都有点长。后面按块先布局，然后再整体布局，然后再微小变动，这样，线明显变
高速PCB设计指南 第一篇 PCB布线 在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。 自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。 对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。 1 电源、地线的处理
既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述： （1）、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 （2）、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) （3）、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 2 数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。 数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个
《高速电路板设计与仿真》课程教学大纲 课程代码：030442003 课程英文名称：High Speed Printed Circuit Board Design and Emulation 课程类别：专业基础课 课程性质：选修 适用专业：电子科学与技术 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 大纲编写（修订）时间：2011.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是电子科学与技术专业的专业任选课, 属于专业技术基础课，是一门重要的实践课程。通过本课程的学习,学生能够利用先进的高端软件设计高速电路板，绘制出具有实际意义的原理图和印刷电路板图，具有对设计中的信号完整性、电磁兼容性、电源完整性等问题的分析能力，熟悉一定的电子工艺和印刷电路板的布局布线知识，为今后从事高端设计工作打下一定的基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 在知识方面，要求学生具有初步的半导体工艺、印制电路、芯片封装等方面的知识，还要了解信号完整性、电磁兼容性、电源完整性等方面的基本概念，如此才能设计出高质量的高速PCB。在能力方面，要求学生具备一些计算机方面的操作技能。 （三）实施说明 1.教学内容：包括原理图设计、PCB设计、高速信号仿真三部分，其中PCB设计为重点内容。应突出高速和高质量PCB的讲解,以适应高端设计要求。讲课要理论联系实际，设计具有实际意义的原理图和印刷电路板图，而不只是空讲理论知识。 2．教学方法：采用启发式教学，提高学生分析问题和解决问题的能力。鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力，调动学生自行设计的学习积极性和创新能力。 3．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中可采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 4．大纲实施时应贯彻学院工程训练与工程教育相结合的特点，注重学生的能力培养和专业素质的提高，尤其是培养学生的实际动手设计和操作的能力。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课为电路、模拟电子电路、数字电子电路、计算机基础知识。 （五）对习题课、实践环节的要求 每次课后留有一定量的操作练习，要求学生课后在自己的电脑上学习操作。本课程无实验。 （六）课程考核方式 1．考核方式：考查 2．考核目标：考核学生是否掌握了软件的基本操作方法，重点考核学生的原理图绘制和印刷电路板的设计能力，所设计的项目是否具有实际意义。 3．成绩构成：本课程的总成绩由两部分组成：平时成绩（包括平时自行练习、出勤等）占20%，期末验收成绩（以综合作业完成情况给出成绩）占80%。按优、良、中、及格、不及格五级给出最后成绩。 （七）参考书目 《Cadence SPB 15.7工程实例入门》于争著，电子工业出版社， 2010.5.
高速PCB设计中终端匹配电阻的放置 胡为东1 （西安电子科技大学电子工程学院西安 710071） 摘要：本文简要的总结了在高速数字设计中串联终端匹配和并联终端匹配的优缺点，并对这两种匹配方式的终端匹配电阻处于不同位置时的匹配效果做了相应的仿真和深入的分析，得出了串联终端匹配电阻对位置的要求没有终端匹配电阻严格这一结论，给出了一些关于终端匹配电阻摆放位置的建议。为在PCB设计中如何放置终端匹配电阻提供了理论和实践上的指导。 关键词：并联终端匹配串联终端匹配放置 Termination Placement in High-Speed PCB Design HU Wei-dong (Electronic Engineering of Xidian University . Xi’an 710071) Abstract: This paper gives the advantages and disadvantages of the parallel and series termination in high-speed digital design. Proper simulation and deep analysis are done as terminations are located in different points. A conclusion is got that series terminated circuits are much less affected by placement compromises than parallel terminated circuits , and some suggestions are made on where termination should be located. A theoretic and practical direction is given on how to place the termination in high-speed PCB design. key words: Parallel Termination Series Termination Placement 1胡为东，男，1979年11月出生，西安电子科技大学硕士研究生。主要研究方向：高速板卡和高速PCB设计及仿真、信号完整性及电源完整性分析。
随着信息宽带化和高速化的发展，以前的低速PCB已完全不能满足日益增长信息化发展的需要，人们对通信需求的不断提高，要求信号的传输和处理的速度越来越快，相应的高速PCB的应用也越来越广，设计也越来越复杂。高速电路有两个方面的含义，一是频率高，通常认为数字电路的频率达到或是超过45MHZ 至50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个系统的三分之一，就称为高速电路；二是从信号的上升与下降时间考虑，当信号的上升时小于6倍信号传输延时时即认为信号是高速信号，此时考虑的与信号的具体频率无关。高速PCB的出现将对硬件人员提出更高的要求，仅仅依靠自己的经验去布线，会顾此失彼，造成研发周期过长，浪费财力物力，生产出来的产品不稳定。 高速电路设计在现代电路设计中所占的比例越来越大，设计难度也越来越高，它的解决不仅需要高速器件，更需要设计者的智慧和仔细的工作，必须认真研究分析具体情况，解决存在的高速电路问题。一般说来主要包括三方面的设计：信号完整性设计、电磁兼容设计、电源完整性设计。 在电子系统与电路全面进入1GHz以上的高速高频设计领域的今天，在实现VLSI芯片、PCB和系统设计功能的前提下具有性能属性的信号完整性问题已经成为电子设计的一个瓶颈。从广义上讲，信号完整性指的是在高速产品中有互连线引起的所有问题，它主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。 传统的设计方法在制作的过程中没有仿真软件来考虑信号完整性问题，产品首次成功是很难的，降低了生产效率。只有在设计过程中融入信号完整性分析，才能做到产品在上市时间和性能方面占优势。对于高速PCB设计者来说，熟悉信号完整性问题机理理论知识、熟练掌握信号完整性分析方法、灵活设计信号完整性问题的解决方案是很重要的，因为只有这样才能成为21世纪信息高速化的成功硬件工程师。 信号完整性的研究还是一个不成熟的领域，很多问题只能做定性分析，为此，在设计过程中首先要尽量应用已经成熟的工程经验；其次是要对产品的性能做出预测和评估以及仿真。在设计过程中可以不断积累分析能力，不断创新解决信号完整性的方法，利用仿真工具可以得到检验。 第二章：Candence Allegro PCB简介
干货-PCB设计经验总结 随着新能源汽车的发展，汽车电气化越来越严重，相关的EMC问题也越来越突出，因此为了从根本上降低EMC的风险，需要从设计阶段尤其是PCB layout 入手，来防患于未然。下面是一位从业十余年的硬件工程师的经验笔记！ 如觉得有帮助欢迎支持转发分享给更多需要的人！ 叠层： 1.电源和地的平面尽可能近（利于电源噪声高频滤波） 2.信号层：避免两信号层相邻（如果必须相邻，加大两层间距）； 3.电源层：避免两电源层相邻； 4.外层：铺地； 布线： 5.关键信号线：避免跨分割（参考平面）； 6.关键信号线：“换层不换面（参考平面）”； 7.关键信号线：长度尽可能短； 8.关键信号线：位置远离PCB板边缘及接口； 9.信号线：不能跨越分割间隙布线（否则电磁辐射及信号串扰剧增）;
10.信号线：换层（返回路径）必须跨分割时，须使用过孔或滤波电容（10nf）； 11.总线：相同功能的并行布置，中间勿参杂其他信号； 12.接收发送信号：分开布线，勿交叉； 13.高速信号线：走线宽度勿突变； 14.电源：电源线不要形成环路（近似包裹的环路） 15.地：地线不要形成环路（近似包裹的环路）; 16.地：干扰源的地勿与信号地就近共用（晶振等干扰源的地不干净）; 17.地：多芯片并排共电源与地时，电源与地的主线路宜在芯片同侧（回流面积小）； 18.分割：模拟地与数字地分割布线，建立“地连接桥”，如有必要进行磁珠滤波； 19.分割：电源/地平面分割需合理（否则高速信号存在EMI、EMC风险）; 20.拐角走线：优选45度（降低拐角对走线阻抗影响） 21.拐角走线：长度越长越好（降低拐角对走线阻抗影响） 22.拐角走线：过孔处上下走线拐角要求同上； 23.高频干扰源：下方禁止布线（晶振、开关电源等干扰源）； 24.高频干扰源：附近尽量避免布电源主路线（晶振、开关电源等干扰源）； 25.接插件：下方禁止布线； 电源滤波： 26.滤波区域为原理信号区域（降低耦合）； 27.高频滤波电容需靠近电源PIN脚（容值越小越近）；
电源完整性与地弹噪声的高速PCB仿真 作者:Martin Vogel 和Brad Cole，Ansoft 公司使用基于电磁场分析的设计软件来选择退耦电容的大小及其放置位置可将电源平面与地平面的开关噪声减至最小。 随着信号的沿变化速度越来越快，今天的高速数字电路板设计者所遇到的问题在几年前看来是不可想象的。对于小于1纳秒的信号沿变化，PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的各处都不尽相同，从而影响到IC芯片的供电，导致芯片的逻辑错误。为了保证高速器件的正确动作，设计者应该消除这种电压的波动，保持低阻抗的电源分配路径。 为此，你需要在电路板上增加退耦电容来将高速信号在电源层和地层上产生的噪声降至最低。你必须知道要用多少个电容，每一个电容的容值应该是多大，并且它们放在电路板上什么位置最为合适。一方面你可能需要很多电容，而另一方面电路板上的空间是有限而宝贵的，这些细节上的考虑可能决定设计的成败。 反复试验的设计方法既耗时又昂贵，结果往往导致过约束的设计从而增加不必要的制造成本。使用软件工具来仿真、优化电路板设计和电路板资源的使用情况，对于要反复测试各种电路板配置方案的设计来说是一种更为实际的方法。本文以一个xDSM(密集副载波多路复用)电路板的设计为例说明此过程，该设计用于光纤/宽带无线网络。软件仿真工具使用Ansoft的SIwave，SIwave基于混合全波有限元技术，可以直接从layout工具Cadence Allegro, Mentor Graphics BoardStation, Synopsys Encore和Zuken CR-5000 Board Designer导入电路板设计。图1是SIwave中该设计的PCB版图。由于PCB的结构是平面的，SIwave可以有效的进行全面的分析，其分析输出包括电路板的谐振、阻抗、选定网络的S参数和电路的等效Spice模型。 图1, SIwave中xDSM电路板的PCB版图，左边是两个高速总线，右边是三个Xilinx的FPGA。 xDSM电路板的尺寸，也就是电源层和地层的尺寸是11×7.2 英寸（28×18.3 厘米）。电源层和地层都是1.4mil厚的铜箔，中间被23.98mil厚的衬底隔开。 为了理解对电路板的设计，首先考虑xDSM电路板的裸板（未安装器件）特性。根据电路板上高速信号的上升时间，你需要了解电路板在频域直到2GHz范围内的特性。图2所示为一个正弦信号激励电路板谐振于0.54GHz时的电压分布情况。同样，电路板也会谐振于0.81GHz和0.97GHz以及更高的频率。为了更好地理解，你也可以在这些频率的谐振模式下仿真电源层与地层间电压的分布情况。 图2所示在0.54GHz的谐振模式下，电路板的中心处电源层和地层的电压差变化为零。对于一些更高频率的谐振模式，情况也是如此。但并非在所有的谐振模式下都是如此，例如在1.07GHz、1.64GHz和1.96 GHz的高阶谐振模式下，电路板中心处的电压差变化是不为零的。
PCB设计总结 、概述 PCB是一个连接电子元器件的载体。PCB设计是一个把原理设计上的电气连接变成实实在 在的，可用的线路连接。简单的PCB设计就是将器件的管脚按照一定的需要连通，但对于 高速，高密度的PCB设计，涉及到很多的方面，包括结构方面，信号完整性，EMC，EMI， 电源设计，加工工艺方面等等。 、布局 1材料 PCB材料很多，我们目前使用的基本都是FR4的，TG参数（高耐热性）是一个很重要的指 标，一般结构工程师会在他们提供的cutout里面给出TG参数的要求。 2合理的层数安排 一块板PCB层数多少合适，要基于生产成本和信号质量需求两方面考虑。对于速度低，密度小的板块，可以考虑层数少些，对于高速，高密度板，要尽可能多的安排完整的电地层，以保证较好的信号质量。 3电源层和地层 3.1、电源层和地层的作用和区别 电源层和地层都可以作为参考平面，在一定程度上来说他们是一样的。但是，相对来说，电源平面的特性阻抗较高，与参考平面存在较大的电位势差。而地平面作为地基准，地平面的屏蔽作用要远远好于电源屏幕，对于重要信号，最好选择地平面作为参考屏幕。 3.2、电源层，信号层，地层位置 A、第二层为地层，用于屏蔽器件（如果有更重要的信号需要地，可以进行调整） B、所有信号层都有参考平面。 C、最好不要相邻信号层，有的话，要安排信号走向为垂直方向。 D、关键信号参考平面为完整的地平面不跨分割区。
3.3、几种常用的板子的叠层方案 四层版 BOT 在该方案中表层具有较好的信号质量，对器件也有较好的屏蔽，使电源层和地层距离适当拉近，可以降低电源地的分布阻抗，保证电源地的去耦效果。 其它一些方案参考 paul wang发的一份emc规范。
mp3的设计原理及制作 高速PCB设计指南之一 第一篇PCB布线 在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程 限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布 线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生 反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。 自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般 先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要 断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。 对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技 术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过 程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。 1 电源、地线的处理 既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影 响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述： （1）、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 （2）、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～ 0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个 地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) （3）、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用 一层。 2 数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑 它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。 数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人 PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们 之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有 在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。 3 信号线布在电（地）层上 在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量， 成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是 保留地层的完整性。 4 大面积导体中连接腿的处理 在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘 与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气 性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散 热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。 5 布线中网络系统的作用 在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对 设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的 焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来 支持布线的进行。 标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数， 如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。 6 设计规则检查（DRC） 布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的 需求，一般检查有如下几个方面： （1）、线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要 求。 （2）、电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否还有能让地线加宽的地 方。 （3）、对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。 （4）、模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。 （5）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。 （6）对一些不理想的线形进行修改。 （7）、在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影 响电装质量。 （8）、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。 Copyright by BroadTechs Electronics Co.,Ltd 2001-2002
高速高密度PCB设计的现状 随着电子产品功能的日益复杂和性能的提高，印刷电路板的密度和其相关器件的频率都不断攀升，工程师面临的高速高密度PCB设计所带来的各种挑战也不断增加。下面为大家准备了关于高速高密度PCB设计的现状，欢迎阅读。 随着竞争的日益加剧，厂商面临的产品面世时间的压力也越来越大，如何利用先进的EDA工具以及最优化的方法和流程，高质量、高效率的完成设计，已经成为系统厂商和设计工程师不得不面对的问题。 热点：从信号完整性向电源完整性转移 谈到高速设计，人们首先想到的就是信号完整性问题。信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为，当系统工作在50MHz 时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。 信号完整性技术经过几十年的发展，其理论和分析方法都已经较为成熟。对于信号完整性问题，陈兰兵认为，信号完整性不是某个
人的问题，它涉及到设计链的每一个环节，不但系统设计工程师、硬件工程师、PCB工程师要考虑，甚至在制造时也不能忽视。解决信号完整性问题，必须借助先进的仿真工具，如Cadence的SPECCTRAQuest 就是不错的仿真工具，利用它可以在设计前期进行建模、仿真，从而形成约束规则指导后期的布局布线，提高设计效率。随着Cadence 在今年6月推出的专门针对千兆赫信号的仿真器MGH——它是业界首个可以在几秒之内完成数万BIT千兆赫信号的仿真器——信号完整性 技术更臻完善。 相对于信号完整性，电源完整性是一种较新的技术，它被认为是高速高密度PCB设计目前最大的挑战之一。电源完整性是指在高速系统中，电源传输系统(PDS power deliver system)在不同频率上，阻抗特性不同，使PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的各处不尽相同，从而造成供电不连续，产生电源噪声，使芯片不能正常工作;同时由于高频辐射，电源完整性问题还会带来EMC/EMI问题。如果不能很好地解决电源完整性问题，会严重影响系统的正常工作。 通常，电源完整性问题主要通过两个途径来解决：优化电路板的叠层设计及布局布线，以及增加退耦电容。退耦电容在系统频率小于300 ~ 400MHz时，可以起到抑止频率、滤波和阻抗控制的作用，在恰当的位置放置合适的退耦电容有助于减小系统电源完整性的问题。但是当系统频率更高时，退耦电容的作用很小。在这种情况下，只有通过优化电路板的层间距设计以及布局布线或者其他的降低电
随着微电子技术和计算机技术的不断发展，信号完整性分析的应用已经成为解决高速系统设计的唯一有效途径。借助功能强大的Cadence公司SpecctraQuest 仿真软件，利用IBIS模型，对高速信号线进行布局布线前信号完整性仿真分析是一种简单可行行的分析方法，可以发现信号完整性问题，根据仿真结果在信号完整性相关问题上做出优化的设计，从而缩短设计周期。 本文概要地介绍了信号完整性(SI)的相关问题，基于信号完整性分析的PCB 设计方法，传输线基本理论，详尽的阐述了影响信号完整性的两大重要因素—反射和串扰的相关理论并提出了减小反射和串扰得有效办法。讨论了基于SpecctraQucst的仿真模型的建立并对仿真结果进行了分析。研究结果表明在高速电路设计中采用基于信号完整性的仿真设计是可行的, 也是必要的。 【关键字】 高速PCB、信号完整性、传输线、反射、串扰、仿真 Abstract With the development of micro-electronics technology and computer technology，application of signal integrity analysis is the only way to solve high-speed system design. By dint of SpecctraQuest which is a powerful simulation software, it’s a simple and doable analytical method to make use of IBIS model to analyze signal integrity on high-speed signal lines before component placement and routing. This method can find out signal integrity problem and make optimization design on interrelated problem of signal integrity. Then the design period is shortened. In this paper，interrelated problem of signal integrity, PCB design based on signal integrity, transmission lines basal principle are introduced summarily．The interrelated problem of reflection and crosstalk which are the two important factors that influence signal integrity is expounded. It gives effective methods to reduce reflection and crosstalk. The establishment of emulational model based on SpecctraQucst is discussed and the result of simulation is analysed. The researchful fruit indicates it’s doable and necessary to adopt emulational design based on signal integrity in high-speed electrocircuit design.
一：前言 随着PCB系统的向着高密度和高速度的趋势不断的发展，电源的完整性问题，信号的完整性问题（SI），以及EMI，EMC的问题越来越突出，严重的影响了系统的性能甚至功能的实现。所谓高速并没有确切的定义，当然并不单单指时钟的速度，还包括数字系统上升沿及下降沿的跳变的速度，跳变的速度越快，上升和下降的时间越短，信号的高次谐波分量越丰富，当然就越容易引起SI，EMC，EMI的问题。本文根据以往的一些经验在以下几个方面对高速PCB的设计提出一些看法，希望对各位同事能有所帮助。 ●电源在系统设计中的重要性 ●不同传输线路的设计规则 ●电磁干扰的产生以及避免措施 二：电源的完整性 1．供电电压的压降问题。 随着芯片工艺的提高，芯片的内核电压及IO电压越来越小，但功耗还是很大，所以电流有上升的趋势。在内核及电压比较高，功耗不是很大的系统中，电压压降问题也许不是很突出，但如果内核电压比较小，功耗又比较大的情况下，电源路径上的哪怕是0.1V 的压降都是不允许的，比如说ADI公司的TS201内核电压只有 1.2V，内核供电电流要 2.68A，如果路径上有0.1欧姆的电阻，电 压将会有0.268V的压降，这么大的压降会使芯片工作不正常。如何尽量减小路径上的压降呢？主要通过以下几种方法。
a：尽量保证电源路径的畅通，减小路径上的阻抗，包括热焊盘的连接方式，应该尽量的保持电流的畅通，如下图1和图2的比较，很明显图2中选择的热焊盘要强于图1。 b：尽量增加大电流层的铜厚，最好能铺设两层同一网络的电源，以保证大电流能顺利的流过，避免产生过大的压降，关于电流大小和所流经铜厚的关系如表1所示。 （表1） 1 oz.铜即35微M厚， 2 oz.70微M, 类推 举例说，线宽0.025英寸，采用2 oz.盎斯的铜，而允许温升30度，
关于制作pcb心得体会 制作PCB的心得体会 学习了一学期的PCB制版，我有很多的心得体会，在整个制版过程中，可以在Altium 之下进行，也可以在DXP XX 下进行，但两者之间要关联的文件，可在打工软件后，在菜单栏DXP---属性preferences---system—file type将文件类型与该软件进行关联，以后就可双击文件而利用这个Altium Designer 打开那个文件。常用的要关联的文件有工程文件project, 原理图文件sch，当然还有PCB文件。 先新建原理图，再新建PCB图。还要建个和。用来画库里找不到的元件，用来为该元件创建封装，再将这个封装给了里新建的元件，这样就可以了。若要新建第二个元件，则TOOL-New Component，然后画矩形，放管脚。放管脚Pin 时，Display name 要在矩形框内部，风络标识Designator 要在矩形框外部。还有在里画元件封装时一定要注意，将封装画在坐标的点，否则将原理图导入PCB后，拖动元件时，会产生鼠标指针跑到别的地方去的现象。原理图上的连线，可以用线直接连，也可以用net网络标识。在建好原理图之后，要先导出所需元件的清单，里面的模板Template要空着，file format先.xls，然后点Export就可以保存了。建好原理图后，要进行编译，Project---compile schdoc.,若没弹出message窗口，则需手动去右
下角system,，打开messages对话框，查看文件中的错误，对警告warnings 要进行检查，然后再导入PCB中。Design---updata PCB Document(第一个)，就可将原理图导入到PCB中。 一次性修改多个元件的某项属性，可以按shift一个一个的选，也可以选中一个后右键，find similar objects ,然后在PCB Inspector中进行统一修改即可。如果要改变放置的过孔的大小，则步骤为：Tool—属性Preference—PCB Editor—Default—选择过孔Via，再点Edit Value更改后OK即可。 PCB图是实际要制作的电路板。Q键是PCB中mm和mil 之间的转换。Ctrl+m是测量距离，P+V是放置过孔，Z+A是观看整图等常用操作。过孔是上下两层之间连接改线使用的，焊盘是用来焊接元件的。过孔大小Hole size==22mil , 直径Diameter==40mil较为好看且实用。 将所有器件布局好后。进行连线前，先要设置好线的粗细。比如12V电源线最好用30mil，信号线用12mil，需要线宽大约是到2mm等。线宽与电流是有对应关系的。 布线前，要先设置好要布的各种线的宽度，如VCC和GND 的线宽和信号NET的线宽。 —规则—Design Rout，选电气规则，将其线间距在右边窗口中设置为12mil，放入右边的窗口中，然后点应用;