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过孔对信号的影响过孔对信号的影响一、过孔的寄生电容过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T，板基材介电常数为ε，则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41εTD1/（D2-D1）过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。
举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用内径为10Mil，焊盘直径为20Mil的过孔，焊盘与地铺铜区的距离为32Mil，则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.032-0.020）=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化量为：T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2x0.517x（55/2）=31.28ps。
从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，设计者还是要慎重考虑的。
二、过孔的寄生电感同样，过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。
它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。
我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：L=5.08h［ln（4h/d）+1］其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。
从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。
仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：L=5.08x0.050［ln（4x0.050/0.010）+1］=1.015nH。
如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。
这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。
PCB过孔的寄生电容和电感的计算和使用一、PCB过孔的寄生电容和电感的计算PCB过孔本身存在着寄生电容，假如PCB过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,PCB 过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,基板材介电常数为ε,则PCB过孔的寄生电容数值近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)PCB过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度尤其在高频电路中影响更为严重。
举例，对于一块厚度为50Mi l的PCB，如果使用的P CB过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出PCB过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF这部分电容引起的上升时间变化量大致为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps从这些数值可以看出，尽管单个PC B过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用PCB过孔进行层间的切换，就会用到多个PCB过孔，设计时就要慎重考虑。
实际设计中可以通过增大PCB过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。
PCB过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，PCB 过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。
它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。
我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个P CB过孔近似的寄生电感：L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指PC B过孔的电感，h是PCB过孔的长度，d是中心钻孔的直径。
二、过孔的寄生电容过孔本身存在着对地的寄生电容,如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2-D1)过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间,降低了电路的速度.举例来说,对于一块厚度为50Mil的PCB板,如果使用内径为10Mil,焊盘直径为20Mil的过孔,焊盘与地铺铜区的距离为32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,这部分电容引起的上升时间变化量为:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps .从这些数值可以看出,尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者还是要慎重考虑的.三、过孔的寄生电感同样,过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响.它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用.我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感:L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指过孔的电感,h是过孔的长度,d是中心钻孔的直径.从式中可以看出,过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度.仍然采用上面的例子,可以计算出过孔的电感为:L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH .如果信号的上升时间是1ns,那么其等效阻抗大小为:XL=πL/T10-90=3.19Ω.这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔,这样过孔的寄生电感就会成倍增加.四、高速PCB中的过孔设计通过上面对过孔寄生特性的分析,我们可以看到,在高速PCB设计中,看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应.为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响,在设计中可以尽量做到:1、从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小.比如对6-10层的内存模块PCB设计来说,选用10/20Mil(钻孔/焊盘)的过孔较好,对于一些高密度的小尺寸的板子,也可以尝试使用8/18Mil的过孔.目前技术条件下,很难使用更小尺寸的过孔了.对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗.2、上面讨论的两个公式可以得出,使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数.3、PCB板上的信号走线尽量不换层,也就是说尽量不要使用不必要的过孔.4、电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好,因为它们会导致电感的增加.同时电源和地的引线要尽可能粗,以减少阻抗.5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路.甚至可以在PCB 板上大量放置一些多余的接地过孔.当然,在设计时还需要灵活多变.前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况,也有的时候,我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉.特别是在过孔密度非常大的情况下,可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽,解决这样的问题除了移动过孔的位置,我们还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小.。
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：众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
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：～0.3mm,最经细宽度可达～0.07mm,电源线为～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) 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。
电学单位（电流单位）mA(毫安)另有A（安，全称安培），μA（微安）1A=1000mA，1mA=1000μA1A （安培） =40 mil常温下12mil/20mil的埋孔(孔壁厚13um)最低通流大约是300mA,4mil/12mil(孔壁厚10um)的盲孔为250mA.每层的过孔通流要依据铜厚来计算。
长度单位1um（1微米）=0.001mm（0.001毫米）过孔,在线路板中，一条线路从板的一面跳到另一面，连接两条连线的孔也叫过孔（区别于焊盘，边上没有助焊层。
）过孔也称金属化孔，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔，在工艺上，过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状，过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
过孔不仅可以是通孔，还可以是掩埋式。
所谓通孔式过孔是指穿通所有敷铜层的过孔；掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面，仿佛被其它敷铜层掩埋起来。
图4-4为六层板的过孔剖面图，包括顶层、电源层、中间1层、中间2层、地线层和底层。
过孔也称金属化孔，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔，在工艺上，过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状，过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
过孔不仅可以是通孔，还可以是掩埋式。
所谓通孔式过孔是指穿通所有敷铜层的过孔；掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面，仿佛被其它敷铜层掩埋起来。
图4-4为六层板的过孔剖面图，包括顶层、电源层、中间1层、中间2层、地线层和底层。
孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。
PCB布板过孔的作用过孔的多少不等同于决定某种实际的意义！大家都知道在高频情况下，印刷电路板上的布线的分布电容会起作用，当长度大于噪声频率相应波长的1/20 时，就会产生天线效应，噪声就会通过布线向外发射，如果在PCB 中存在不良接地的敷铜话，敷铜就成了传播噪音的工具，因此，在高频电路中，千万不要认为，把地线的某个地方接了地，这就是“地线”，一定要以小于λ/20 的间距，在布线上打过孔，与多层板的地平面“良好接地”。
如果把敷铜处理恰当了，敷铜不仅具有加大电流，还起了屏蔽干扰的双重作用，还有另一点：打过孔解决孤岛（死区），增加敷铜面积；我们都知道电源板的走线多是加宽了的，甚至有的还用到敷铜来代替走线。
所以采用全局敷铜时就没有太多空间了，这时加过孔也不失为一个解决办法。
你提到的这块PCB就直观而言无疑就起到以下作用：加过孔降低阻抗是对的，不过高频状态下，铜箔阻抗主要来源于趋肤效应，所以增加铜箔厚度没有什么功效，这里用的是让共轭的电流相互靠近，以减小互感量，从而达到减小阻抗的目的。
打很多过孔是为了分散同向电流，减小过孔电感而降低阻抗。
过孔过孔也称金属化孔。
在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔。
过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
孔本身存在着对地的寄生电容，同时也存在着寄生电感，往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。
1基本概念过孔,在线路板中，一条线路从板的一面跳到另一面，连接两条连线的孔也叫过孔（区别于焊盘，边上没有助焊层。
）过孔也称金属化孔，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔。
在工艺上，过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状，过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
过孔不仅可以是通孔，还可以是掩埋式。
所谓通孔式过孔是指穿通所有敷铜层的过孔；掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面，仿佛被其它敷铜层掩埋起来。
过孔的寄生电容过孔的寄生电容是电路设计中一个非常重要的概念。
在PCB （Printed Circuit Board，印刷电路板）设计中，过孔是将不同层之间的信号连接起来的一种方法。
然而，由于过孔的结构特性，会使其具有一定的电容效应，从而对电路的性能产生一定的影响。
我们来了解一下什么是过孔。
过孔是指将电路板上的不同层之间通过孔洞连接起来的一种技术。
过孔通常由导电材料填充，以确保电流能够顺利通过。
在多层PCB设计中，过孔起到了信号传输的重要作用，可以连接不同层之间的信号线，实现信号的传输与交换。
然而，过孔的结构特性决定了它具有一定的电容效应。
过孔的两端分别位于不同的电路层，而这两个电路层之间的介质就构成了过孔的电容。
这个电容被称为过孔的寄生电容。
过孔的寄生电容对于高频信号的传输会产生一定的影响。
在高频电路中，信号的频率非常高，电流会在过孔中频繁地变化方向。
由于过孔的寄生电容存在，这种频繁的电流变化会使得电压在过孔上出现滞后，从而导致信号的失真。
因此，在高频电路设计中，需要对过孔的寄生电容进行合理的考虑和抑制。
为了降低过孔的寄生电容对电路性能的影响，可以采取一些措施。
首先，可以选择合适的过孔尺寸。
一般来说，过孔的直径越小，其寄生电容就越小。
因此，在设计中可以根据实际情况选择适当的过孔直径，以满足电路的要求。
可以采用分布式布线的方式来减小过孔的寄生电容。
分布式布线是指将信号线在PCB上均匀地分布，使得信号线与过孔之间的距离尽量相等。
这样可以减小过孔的寄生电容，提高信号的传输质量。
还可以采用盖孔（via stitching）的方法来降低过孔的寄生电容。
盖孔是指在过孔周围布置一圈导电材料，形成一个“盖子”，将过孔与周围层隔离开来。
这样可以有效地减小过孔的寄生电容，提高信号的传输性能。
总结起来，过孔的寄生电容是PCB设计中需要考虑的一个重要因素。
在高频电路设计中，过孔的寄生电容会对信号的传输产生影响，需要采取相应的措施进行抑制。
PCB布线中的过孔和电容效应分析和结构优化-电气论文PCB布线中的过孔和电容效应分析和结构优化尚文亚1，2，刘丰满1，3，王海东1，3，何慧敏1，2，3，万菲1，3，于大全3，4，上官东恺1，3（1.华进半导体封装先导技术研发中心，江苏无锡214315；2.中国科学院大学，北京100049；3.中国科学院微电子研究所，北京100029；4.华天科技有限公司，陕西西安710018）摘要：在多层PCB布线中，过孔和电容是常见的不连续结构。
信号线在不同平面间转换传输路径时，过孔与回流层之间的寄生电容与寄生电感将引起信号完整性的相关问题；而常用的传输线上的AC耦合电容等，引入了阻抗突变的结构，由此带来了反射等相关问题。
通过对多层PCB上的过孔进行建模仿真，研究不同变量对过孔性能的影响趋势，以协助信号完整性问题的分析；通过对电容阻抗突变处进行不同形式的补偿，仿真和测试结果相验证，得到提高信号传输质量的解决方案。
关键词：PCB传输线；过孔效应；阻抗突变；信号完整性中图分类号：TN41?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）16?0110?05收稿日期：2015?04?03基金工程：国家自然科学基金资助工程（61306136）现代电子产品益趋向高密度、小型化的方向发展，封装内的布线密度不断增加。
而随着数字信号传输速率的不断提高，信号的上升沿越来越短，过孔和电容等不连续结构带来的对传输线特征阻抗的影响越来越明显[1?2]。
而不同的介质和层叠结构上的不连续结构对电学性能的影响不尽相同，对阻抗不连续结构的阻抗补偿形式不可一概而论。
基于工程实际应用中的线性和层叠结构，本文设计了多种测试结构以提取和验证适合于实际线路的过孔模型和阻抗补偿形式。
1 传输线与反射1.1 反射原理反射产生的根本原因是互联线的阻抗有不连续的点。
信号以电磁波的形式在走线中传输的过程中，假设经过了2个阻抗不同的区域，交界面两侧的瞬态阻抗分别为Z1 和Z2 ，如图1所示。
PCB过孔对信号传输的影响一．过孔的基本概念过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。
简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。
从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。
如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。
盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。
埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。
上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。
第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。
由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。
以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。
从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区。
这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。
很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。
但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。
比如，如果一块正常的6层PCB 板的厚度（通孔深度）为50Mil，那么，一般条件下PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。
随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般直径小于等于6Mils的过孔，我们就称为微孔。
過孔的寄生電容和電感
admin @ 2014-03-26 , reply:0 Tags:
一、過孔的寄生電容和電感
過孔本身存在著寄生的雜散電容，如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區直徑為D2,過孔焊盤的直徑為
D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數為ε則過孔的寄生電容大小近似於：
C=1.41ε
過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。
舉例來說，對於一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用的過孔焊盤直徑為20Mil（鑽孔直徑為10Mils），阻焊區直徑為40Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
這部分電容引起的上升時間變化量大致為：
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
從這些數值可以看出，儘管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，就會用到多個過孔，設計時就要慎重考慮。
實際設計中可以通過增大過孔和鋪銅區的距離（Anti-pad）或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。
過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數字電路的設計中，過孔的寄生電感帶來的危
用。
我們可以用下面的經驗公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鑽孔的直徑。
從式中可以看出，過孔的直徑對電感
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
如果信號的上升時間是1ns，那麼其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω
電流的通過已經不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。
二、如何使用過孔
通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。
為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到：1．從成本和信號質量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。
必要時可以考慮使用不同尺寸的過孔，比如對於電源或地線的過孔，可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗，而對於信號走線，則可以使用較小的過孔。
當然隨著過孔尺寸減小，相應的成本也會增加。
2．上面討論的兩個公式可以得出，使用較薄的PCB板有利於減小過孔的兩種寄生參數。
3．PCB板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4．電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好。
可以考慮並聯打多個過孔，以減少等效電感。
5．在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的迴路。
甚至可以在PCB板上放置一些多餘的接地過孔。
6．對於密度較高的高速PCB板，可以考慮使用微型過孔。
高速電路設計中信號完整性分析
admin @ 2014-03-26 , reply:0 Tags:
由於系統時鐘頻率和上升時間的增長，信號完整性設計變得越來越重要。
不幸的是，絕大多數數字電路設計者並沒意識到信號完整性問題的重要性，或者是直到設計的最後階段才初步認識到。
本篇介紹了高速數字硬體電路設計中信號完整性在通常設計的影響。
這包括特徵阻抗控制、終端匹配、電源和地平面、信號布線和串擾等問題。
掌握這些知識，對一個數字電路設計者而言，可以在電路設計的早期，就注意到潛在可能的信號完整性問題，還可以幫助設計則在設計中盡量避免信號完整性對設計性能的影響。
儘管，信號完整性一直以來都是硬體工程師必備的設計經驗中的一項，但是在數字電路設計中長期被忽略。
在低速邏輯電路設計時代，由於信號完整性相關的問題很少出現，因此對信號完整性的考慮本認為是浪費效率。
然而近幾年隨著時鐘率和上升時間的增長，信號完整性分析的必要性和設計也在增長。
不幸的是，大多數設計者並沒有注意到，而仍然在設計中很少去考慮信號完整性的問題。
現代數字電路可以高達GHz 頻率並且上升時間在50ps 以內。
在這樣的速率下，在PCB設計走線上的疏忽即使是一個英尺，而由此造成的電壓、時延和介面問題將不僅僅局限在這一根線上，還將會影響的全板及相鄰的板。
這個問題在混合電路中尤為嚴重。
例如，考慮到在一個系統中有高性能的ADC 到數字化接收模擬信號。
散布在ADC 器件的數字輸出埠上的能量可能很容易就達到130dB（10，000，000，000，000 倍）比模擬輸入埠。
在ADC 數字埠上的任何雜訊。
設計中的信號完整性並不是什麼神秘莫測的過程。
對於在設計的早期意識到可能潛在的問題是很關鍵的，同時可以有效避免由此在後期造成的問題。
本篇討論了一些關鍵的信號完整性挑戰及處理他們的方法。
確保信號完整性：
１、隔離
一塊PCB板上的元器件有各種各樣的邊值（edge rates）和各種雜訊差異。
對改善SI最直接的方式就是依據器件的邊值和靈敏度，通過PCB板上元器件的物理隔離來實現。
下圖是一個實例。
在例子中，供電電源、數字I/O埠和高速邏輯這些對時鐘和
數據轉換電路的高危險電路將被特別考慮。
第一個布局中放置時鐘和數據轉換器在相鄰於雜訊器件的附近。
雜訊將會耦合到敏感電路及降低他們的性能。
第二個布局做了有效的電路隔離將有利於系統設計的信號完整性。
２、阻抗、反射及終端匹配
阻抗控制和終端匹配是高速電路設計中的基本問題。
通常每個電路設計中射頻電路均被認為是最重要的部分，然而一些比射頻更高頻率的數字電路設計反而忽視了阻抗和終端匹配。
由於阻抗失配產生的幾種對數字電路致命的影響，參見下圖：
ａ．數字信號將會在接收設備輸入端和發射設備的輸出端間造成反射。
反射信號被彈回並且沿著線的兩端傳播直到最後被完全吸收。
ｂ．反射信號造成信號在通過傳輸線的響鈴效應，響鈴將影響電壓和信號時延和信號的完全惡化。
ｃ．失配信號路徑可能導致信號對環境的輻射。
由阻抗不匹配引起的問題可以通過終端電阻降到最小。
終端電阻通常是在靠近接收端的信號線上放置一到兩個分立器件，簡單的做法就是串接小的電阻。
終端電阻限制了信號上升時間及吸收了部分反射的能量。
值得注意的是利用阻抗匹配並不能完全消除破壞性因素。
然而認真的選用合適的器件，終端阻抗可以很有效的控制信號的完整性。
並不是所有的信號線都需要阻抗控制，在一些諸如緊湊型PCI 規格要求中的特徵阻抗和終端阻抗特性。
對於別的沒有阻抗控制規範要求的其他標準以及設計者並沒有特意關注的。
最終的標準可能發生變化從一個應用到另一個應用中。
因此需要考慮信號線的長度（相關與延遲Td）以及信號上升時間（Tr）。
通用的對阻抗控制規則是Td(延遲)應大於Tr 的1/6。
３、內電層及內電層分割
在電流環路設計中會被數字電路設計者忽視的因素，包括對單端信號在兩個門電路間傳送的考慮（如下圖）。
從門A 流向門B 的電流環路，然後再從地平面返回到門A。
上圖中將會出現兩個潛在的問題：
a、A 和B 兩點間地平面需要被連接通過一個低阻抗的通路
如果地平面間連接了較大的阻抗，在地平面引腳間將會出現電壓倒灌。
這就必將會導致所有器件的信號幅值的失真並且疊加輸入雜訊。
b、電流迴流環的面積應儘可能的小
環路好比天線。
通常說話，一種更大環路面積將會增大了環路輻射和傳導的機會。
每一個電路設計者都希望迴流電流都可直接沿著信號線，這樣就最小的環路面積。
用大面積接地可以同時解決以上兩個問題。
大面積接地可以提供所有接地點間小的阻抗，同時允許返回電流盡量直接沿著信號線返回。
在PCB 設計者中一個常見的錯誤是在地電層上打過孔和開槽。
下圖顯示了當一條信號線在一個開過槽的地電層上的電流流向。
迴路電流將被迫繞過開槽，這就必然會產生一個大的環流迴路。
通常而言，在地電源平面上是不可以開槽的。
然而，在一些不可避免要開槽的場合，PCB 設計者必須首先確定在開槽的區域沒有信號迴路經過。
同樣的規則也適用於混合信號電路PCB 板中除非用到多個地層。
特別是在高性能ADC 電路中可以利用分離模擬信號、數字信號及時鐘電路的地層有效的減少信號間的干擾。
需要再次強調的，在一些不可避免要開槽的場合，PCB 設計者必須首先確定在開槽的區域沒有信號迴路經過。
在帶有一個鏡像差異的電源層中也應注意層間區域的面積（如下圖）。
在板卡的邊緣存在電源平面層對地平面層的輻射效應。
從邊沿泄漏的電磁能量將破壞臨近的板卡。
見下圖a。
適當的減少電源平面層的面積（見下圖b），以至於地平面層在一定的區域內交疊。
這將減少電磁泄漏對鄰近板卡的影響。
