确保信号完整性的高速PCB电路板设计准则(1)
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pcb连板设计准则PCB连板设计准则PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是电子产品中常见的组装基板,连板设计是指将多个PCB板连接在一起组成一个整体,以实现高效的生产和组装。
在进行PCB连板设计时,需要遵循一些准则,以确保连接的可靠性和性能的稳定性。
一、布局设计准则1. 合理规划PCB板的布局,使得各个功能模块布局紧凑、结构清晰,避免信号干扰和互相影响。
2. 严格控制PCB板的尺寸和形状,确保连板后整体尺寸符合要求。
3. 合理安排PCB板的层次结构,根据信号传输的需求分配信号层、电源层和地层,实现良好的信号完整性和电磁兼容性。
二、电路连接准则1. 在PCB板上设置合适的连接接口,方便各个板块之间的连接和拆卸。
2. 使用合适的连接器和插座,确保连接的可靠性和稳定性。
3. 为电路板之间的信号传输设置合适的阻抗匹配,避免信号失真和传输损耗。
三、电源和地线设计准则1. 合理规划电源和地线的走向和布局,避免电源和地线之间的交叉干扰。
2. 使用足够宽度的电源和地线,以降低电阻和电感,提高电源和地线的稳定性。
3. 采用分区域布局的方式,将不同功能模块的电源和地线分隔开,减小相互干扰的可能性。
四、信号完整性设计准则1. 合理规划信号线的走向和布局,减小信号线之间的串扰和噪声干扰。
2. 使用合适的信号层和地层,以提供良好的信号屏蔽和地引线。
3. 控制信号线的长度和走线方式,以减小信号传输的延迟和失真。
五、散热设计准则1. 在PCB板上设置合适的散热孔和散热片,以提高散热效果。
2. 合理规划散热元件的位置和布局,确保散热效果均匀和稳定。
3. 使用合适的散热材料,提高散热效率和散热性能。
六、防静电设计准则1. 在PCB板的设计中采用防静电措施,避免静电对电路的损害。
2. 使用合适的防静电材料和防静电元件,提高电路的抗静电能力。
3. 合理规划接地方式,降低静电引起的干扰和损害。
PCB连板设计准则是确保连接的可靠性和性能的稳定性的重要指导原则。
确保信号完整性的电路板设计准则信号完整性问题解决得越早,设计效率就越高,从而可避在电路板设计完成之才增加端接器件。
SI设计划的工具和资源不少,本文索信号完整性的核心议题以及决SI问题的几种方法,此忽略设计过程的技细节。
1SI问题的提出随IC输出开速度的提高,不管信号周如何,几乎所有设计都到了信号完整性问题。
即使去你没有遇到SI问题,但是随着电路工频率的提高,今后一定会到信号完整性问题。
信号完整问题主要指信号的过冲和阻尼振现象,它们主要是IC驱幅度和跳变时间的数。
也就是说,即使布线拓扑结构有变化,只要芯片速度变得够快,现有设计也将处于临界状或者停止工作。
我用两个实例来说明信完整性设计是不可避免的。
实例一︰在通信领域,前沿的电信司正为语音和数据交换生产高速电板,此成本并不特别重要,因而可尽量采用多层板。
这样的电路板可实现充分接地并容易构成电回路,也可以根据需要采用量离散的端接器件,但是设计必正确,不能处于临状态。
SI和EMC专家在布线之前要行仿真和计算,然,电路板设计就可以遵循一系列非严格的设计规则,在有疑问地方,可以增加端接器件,从获得尽可能多的SI安全裕量。
路板实际工作过程中总会出现一些问题,为此,通采用可控阻抗端接线,可以避免现SI问题。
简而之,超标准设计可以解SI题。
实例二︰从成本上考虑,电板通常限制在四层以。
这极大限制阻抗控制的作用。
此,布线层少将加剧串扰同时信号线间距还须最小以布放更多的制线。
另一方面,设计工师必须采用最新和最好的CPU、内存和视频总线设计,些设计就必须考虑SI问题。
关于布线拓扑结构和端接方,工程师通常可以CPU制造商那里获得大建议,然而,这些设计指南还必要与制造过程结合起来。
在很程度上,电路板设计师的工作电信设计师的工作要困难,因为增阻抗控制和端接器件的空间很小。
时要充分研究并解决那些不完的信号,同时确保产的设计期限。
下面介绍设计程通用的SI设计准。
2、设计的准备工作在设计开之前,必须先行思考并确定设策略,这样才能指导诸如元器的选择、工艺选择和路板生产成本控制工作。
PCB电路板设计注意事项1.设计层次清晰:将电路板划分为多个层次,如信号层、电源层、地层等,可以有效地减少信号干扰和提高阻抗匹配。
同时,还需要合理规划元件和导线的布局,确保电路板整体稳定可靠。
2.保持信号完整性:设计时需考虑信号的路径和传输速度。
对于高速数字信号和模拟信号,应采取合适的屏蔽措施,如使用差分对或增加接地层等,以保持信号完整并减少干扰。
3.细节设计:在PCB设计过程中,细节至关重要。
例如,合理选择元件焊盘的尺寸和间距,确保焊接可靠;合理规划电源和地线的布局,减少电磁干扰;选择合适的阻抗控制方法,提高信号传输质量等等。
这些细节也可以通过合理使用PCB设计软件进行模拟和优化。
4.优化热管理:一些电子产品需要处理大量功率,因此热管理尤为重要。
在PCB设计中,应合理规划散热器的位置和尺寸,保证器件工作温度在安全范围内。
同时,还可以考虑使用散热背板或增加散热片等措施。
5.注意阻抗匹配:对于高速信号传输和模拟信号,阻抗匹配至关重要。
在设计过程中,应根据信号传输速度确定合适的传输线宽度和距离。
可以使用PCB设计软件进行仿真和校正,确保信号阻抗在合理范围内。
6.考虑EMC(电磁兼容):电磁兼容性是一个重要的设计要求,尤其对于涉及到高频信号的电路。
设计时,应采取合适的屏蔽手段,规划布局和导线走向,避免信号干扰和电磁泄漏。
7.对于多层板设计,应合理规划每一层的用途和连线方式,确保电路板的性能和布线的可靠性。
8.注意可制造性:在设计时,应考虑工厂的制造要求。
合理规划元件的安装位置、布线难度、焊接方案等,以便工厂能够顺利地生产电路板。
9.进行电磁仿真和测试:在完成设计之后,应进行电磁仿真和测试,以验证设计的正确性和可靠性。
使用专业的电磁仿真软件进行模拟,对高频信号进行测试,以确保电路板能够正常运行。
10.持续学习和更新设计知识:电子行业处于不断发展的状态,新的技术和设计原则不断涌现。
作为PCB设计人员,应不断学习和更新自己的设计知识,不断提高设计水平。
PCB设计原则与注意事项一、PCB设计原则:1.尽量缩短信号线长度:信号线越短,抗干扰能力越强,同时可以降低信号传输的延迟,提高信号传输速率。
因此,在进行PCB布局时,应尽量缩短信号线的长度。
2.保持信号完整性:在高速信号传输时,需要考虑信号的传输带宽、阻抗匹配等问题,以减少信号损耗和反射。
应尽量避免信号线的突变和长距离平行走线,采用较大的走线宽度和间距,以降低串扰和母线阻抗不匹配等问题。
3.合理划分电源与地线:电源和地线是PCB设计中的关键因素。
一方面,为了降低电源线和信号线之间的干扰,应将它们相互分隔,避免交叉走线。
另一方面,为了保持电源和地线的低阻抗,应采用够粗的金属层和走线宽度,并合理布局电源与地线。
4.规避高频干扰:高频信号很容易产生干扰,可通过以下方法来规避:(1)合理布局和分配信号线与地线,尽量减少信号走线的面积。
(2)在PCB板上增加电源和信号屏蔽,尽量避开信号线和输入/输出端口。
(3)采用地面屏蔽和绕线封装,以减少漏磁和辐射。
5.考虑散热问题:在进行高功耗电路的设计时,应合理布局散热元件,以保证其有效散热。
尽量将散热元件如散热片与大地层紧密接触,并增加足够的散热通道,以提高散热效果。
此外,还应根据安装环境和工作条件,选择合适的散热材料和散热方式。
6.设计可靠性:设计时应考虑PCB板的可靠性,包括电路连接的牢固性、电子元件的固定可靠性和抗振性、PCB板的抗冲击性等。
为了保证可靠性,应合理布局和固定电子元件,并留足够的可靠连接头用于焊接,避免对电子元件造成损害。
二、PCB设计注意事项:1.保持走线的一致性:尽量保持走线的宽度、间距和走向一致,以提高走线的美观性和可维护性。
2.合理分配电源与地线:根据电路的要求,合理分配电源和地线,避免电源过于集中或不均匀,以减少电源线的压降和供电不稳定等问题。
3.考虑EMC问题:电磁兼容性(EMC)是一个重要的问题,应根据产品的要求,选用合适的屏蔽和过滤技术,以降低电磁干扰或受到的干扰。
PCB板布局布线技巧及原则2009-10-27 15:15一、元件布局基本规则1. 按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开;2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围3.5mm(对于M2.5)、4mm(对于M3)内不得贴装元器件;3. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路;4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm;5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm;6. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。
定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm;7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布;8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。
特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。
电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔;9. 其它元器件的布置:所有IC 元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方向,出现两个方向时,两个方向互相垂直;10、板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充,网格大于8mil(或0.2mm);11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。
重要信号线不准从插座脚间穿过;12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致;13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。
二、元件布线规则1、画定布线区域距PCB 板边≤1mm 的区域内,以及安装孔周围1mm 内,禁止布线;2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu 入出线不应低于10mil(或8mil);线间距不低于10mil;3、正常过孔不低于30mil;4、双列直插:焊盘60mil,孔径40mil;1/4W 电阻: 51*55mil(0805 表贴);直插时焊盘62mil,孔径42mil;无极电容: 51*55mil(0805 表贴);直插时焊盘50mil,孔径28mil;5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线。
确保信号完整性的电路板设计准则确保信号完整性是电路板设计中非常重要的一项考虑因素。
在设计电路板时,我们需要采取一系列措施来最大程度地减小信号丢失、串扰和其他干扰因素的影响。
本文将介绍一些确保信号完整性的电路板设计准则。
1.合理布局电路板合理布局电路板是确保信号完整性的基础。
首先,重要信号线应该尽量短、粗,以减小信号传输过程中的阻抗和反射。
其次,分析电路板上的信号传输路径,避免信号线与功率线、地线等产生干扰。
最后,在布局时应该考虑到信号传输的方向及层叠布局,以最小化信号耦合和串扰。
2.合理走线合理的走线是确保信号完整性的关键之一。
信号线应该尽量直接地连接信号源和接收器,避免多路分叉和过长的走线。
同时,信号线的宽度和距离应根据信号特性和频率来选择,以减小阻抗和串扰。
3.差分信号布线在高速电路板设计中,差分信号布线技术可以显著提高信号完整性。
差分信号传输方式允许通过两根线同时传输一个信号,从而抵消外界干扰并提高抗干扰能力。
在布局和走线过程中,需要将差分信号线相互靠近,保持一定的差分距离和间距。
4.误差、反射和阻抗控制在电路板设计中,误差、反射和阻抗控制是确保信号完整性的重要因素。
为了最小化误差和反射,可以采用终端电阻、阻抗匹配电路和终端电容等技术来调整信号的阻抗匹配。
此外,要合理选择电路板材料和绝缘层厚度,以控制信号的传输速度和阻抗。
5.地平面设计合理的地平面设计对于信号完整性至关重要。
地平面的作用是提供稳定的地引用,减少信号线与地线之间的串扰和阻抗问题。
在布局和走线过程中,需要将地线面分布均匀并靠近信号线。
6.屏蔽和过滤对于一些特殊的电路板设计,可能需要考虑采用屏蔽和过滤技术来进一步提高信号完整性。
屏蔽技术可用于隔离外界电磁干扰,而过滤器可用于滤除无关信号和噪声。
7.模拟和数字信号分离在某些情况下,模拟和数字信号需要进行分离以防止干扰。
在布局和走线过程中,模拟和数字信号线应尽可能独立分离,以减小相互干扰的可能性。
高速pcb设计规则
高速PCB设计规则是指在设计PCB时需要遵循的一系列规则和原则,以确保信号传输的质量和稳定性。
高速 PCB 的设计需要考虑多
种因素,如信号传输速度、信号波形、传输距离、干扰等等。
以下是一些常见的高速 PCB 设计规则:
1. 避免信号线的走线路径过长,尽可能缩短信号线的长度,以
减小信号传输延迟和损耗。
2. 保证信号线之间的距离足够大,以避免互相干扰,同时也能
降低信号串扰的风险。
3. 使用合适的层次结构设计,尽可能将信号线和电源线分离,
以减少干扰和噪声。
4. 在 PCB 的布线中,保证地线和供电线的宽度足够宽,以确保稳定的供电和地面连接。
5. 在 PCB 的布线中,避免过多的弯曲或拐角,以减小信号传输中的损失和延迟。
6. 选用合适的 PCB 材料和厚度,以满足高速信号传输的需求。
7. 注意 PCB 的电磁兼容性,通过合理的布线和屏蔽来减少干扰。
以上是高速 PCB 设计中的一些基本规则,但实际上,高速 PCB 的设计涉及的方面非常广泛,需要根据具体的应用场景来进行设计。
为了保证高速 PCB 的质量和可靠性,需要有专业的技术人员进行设
计和测试。
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高速PCB电路板的信号完整性设计摘要: 描述了高速PCB电路板信号完整性设计方法. 介绍了信号完整性基本理论, 重点讨论了如何采用高速PCB设计方法保证高速数采模块的信号完整性,关键词: 信号完整性; PCB设计;集成电路芯片构成的电子系统朝着大规模、小体积、高速度方向发展, 信号的工作频率也不断提高, 使得PCB的布局布线密度变大, 输出开关速度过高, 引起信号延迟、时序问题及串扰、传输线效应等信号完整性问题, 从而导致系统工作不稳定, 甚至完全不工作. 因此, 如何在系统设计以及板极设计中考虑到信号完整性的因素, 并采取有效的控制措施, 成为一个设计成功的关键因素 . 文中在对信号完整性设计的基本理论做出一个完整的阐述。
1信号完整性基本理论1. 1信号完整性定义信号完整性( S igna l Integrity, S I)是指在信号线上的信号质量, 是信号在电路中能以正确的时序和电压做出响应的能力. 当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC 时, 该电路就有很好的信号完整性。
1. 2影响信号完整性的主要因素引起信号完整性问题的因素很多, 主要因素有延迟、反射、串扰、地弹以及电磁干扰. 信号时延主要表现为信号在逻辑电平的高、低门限之间变化时, 保持一段时间信号不跳变. 过多的信号延时可能导致时序错误和器件功能的混乱. 信号延时的原因包括驱动过载和走线过长. 传输时延与信号线的长度、信号传输速度。
反射, 即为传输线上的回波. 反射信号产生的主要原因是过长的走线、未被匹配终端的传输线、过量电容或电感及阻抗失配. 当一根信号线上有信号通过时, 在PCB 板上与之相邻的信号线上就会感应出相关的信号, 这种现象称之为串扰. 信号线距离地线越近, 线间距越大, 产生的串扰信号越小. 地弹是指当电路中有大的电流涌动时产生的地平面反弹噪声. 电磁干扰包括产生过量的电磁辐射及对电磁辐射的敏感性两个方面. EM I产生的主要原因是电路工作频率太高及布局、布线不合理.2高速数据采集系统高速数据采集系统原理框图如图1所示, 此高速数据采集系统体积小巧轻便, 致使电路板布局布线密度高; 系统时钟运行频率为100MH z 以上, ADC 芯片转换率在125MH z左右, 属于高速系统; 同时系统工作还需多种电源供电, 因此对其分析必须全面考虑信号完整性.图1数据采集系统原理框图F ig. 1 The schem atics b lock d iagramo f data acqu isition system3信号完整性设计3. 1电路板叠层设计高速电路由于集成度高、芯片密度大以及布线紧凑的原因, 一般采用多层板来降低板中的相应干扰. 叠层设计要考虑器件密度、总线的布线密度、电路功能以及电磁兼容等多方面因素. 合理的叠层设计是对大多数信号完整性问题和EMC问题的最好防范措施.综合考虑多方面因素, 系统电路板采用4层叠层设计, 分别为顶层元件为信号层, 第2层为信号地层, 第3层为电源层, 底层为元件及信号层. 这种设计具有如下特点: 电源层和地层紧密耦合, 形成大电容!补充地弹效应中需要的电荷; 信号层紧靠大面积铜箔, 为信号提供优良回路, 减小反射与天线效应; 中间层地平面和电源平面, 能有效降低电源阻抗与地阻抗, 减小传导干扰.3. 2电路板布局设计布局设计是设计PCB电路板中的至关重要的环节, 良好的布局能使电子电路获得最佳性能, 能有效减少信号完整性问题. 布局过程中, 要结合结构设计的尺寸要求和器件的布线要求, 依次合理规划出主要器件的位臵 . 对于图1所示的数据采集系统而言, 需以FPGA 为中心构建高速互连网络. 在主要芯片确定位臵后, 根据电路的功能单元, 对电路的全部元器件进行布局. 对电路的全部器件布局时, PCB电路板设计应遵循以下原则:1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位臵, 使布局便于信号流通, 并使信号尽可能保持一致的方向;2)尽可能缩短高频元器件之间的连线, 设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰;3)电源要避开高速信号线以防止电源干扰;4)模拟电路与数字电路分开设计, 减小信号间干扰;5)匹配电阻靠近器件输出或输入管脚, 减小传输线过冲!与欠压!问题;6)在高频下工作的电路, 要考虑元器件之间的分布参数. 应尽可能使元器件平行排列. 这样, 不仅布局美观, 而且装焊容易, 易于批量生产.3. 3电路板布线设计印刷电路的成本与层数、基板的表面积成正比, 在不影响系统功能、稳定性等前提下, 应尽可能地用最少层数满足实际设计需要, 从而致使布线密度不可避免地增大, 走线宽度越来越小. 走线宽度越细, 间隔越小, 信号间串扰就越大, 其能传送功率越小. 因此, 走线尺寸的选择必须考虑到各方面的因素. 在设计图1所示的数据采集系统电路板时布线设计遵循以下原则:1)应尽可能地减少高速电路器件管脚间引线的弯折, 采用45∀折线, 减少高频信号对外的反射和相互间的耦合.2)尽可能地缩短高频电路器件管脚间的引线以及管脚间引线的层间3)高频数字信号走线应尽可能远离模拟电路和控制电路.同时, 在设计图1所示的数据采集系统电路板时, 考虑到实际情况, 为了保证高速下的精确性, 其模拟输入与时钟为差分形式. 因为差分信号幅度相等且方向相等, 所以两条信号线产生的磁场彼此互相抵消, 因此能有效降低EM I[ 3] . 差分线的间距往往会导致差分阻抗的变化, 差分阻抗的不一致将严重影响信号完整性及时延. 为此, 实际差分布线应遵循以下原则[ 4] :1)差分信号的两条信号线相互间长度差必须控制在信号上升沿时间的电气长度的20%以内;2)差分走线必须满足背靠背原则, 且在同一布线层内;3)差分布线的线间距至少大于等于1 倍以上线宽; 而差分走线与其他信号线间间距应大于三倍的线宽.综合上述因素, 在后续仿真分析时, 对于ADC 的输入差分线宽设为8m il 差分线间距设为8m il 差分线长度差设为30m il系统中, 电源、地线的布线也同样至关重要, 如设计不合理容易引起干扰, 致使产品性能下降. 在对电源及地线布线时, 应尽量把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度, 以保证产品的质量. 实际设计时, 对电源、地线的处理遵循以下原则:1)电源、地线间加退耦电容; 适当加宽电源、地线的宽度. 使地线、电源线、以及信号线之间的关系满足:地线宽度> 电源线宽度> 信号2)对数字电路采用较宽的地导线以构成回路, 作为地网来使用;3)采用大面积铺铜方式处理顶层、底层, 用以增强抗噪能力.总结:信号完整性设计贯穿于高速PCB 设计全过程, 为保证良好的信号完整性, 高速PCB设计要遵循设计原则. 本文从叠层规划、布局设计及布线要求等方面总结了信号完整性设计的一般方法. 为进行仿真设计提供良好的理论基础。
高速PCB设计指南之三第一篇改进电路设计规程提高可测试性随着微型化程度不断提高,元件和布线技术也取得巨大发展,例如BGA外壳封装的高集成度的微型IC,以及导体之间的绝缘间距缩小到0.5mm,这些仅是其中的两个例子。
电子元件的布线设计方式,对以后制作流程中的测试能否很好进行,影响越来越大。
下面介绍几种重要规则及实用提示。
通过遵守一定的规程(DFT-Design for Testability,可测试的设计),可以大大减少生产测试的准备和实施费用。
这些规程已经过多年发展,当然,若采用新的生产技术和元件技术,它们也要相应的扩展和适应。
随着电子产品结构尺寸越来越小,目前出现了两个特别引人注目的问题:一是可接触的电路节点越来越少;二是像在线测试(In-Circuit-Test)这些方法的应用受到限制。
为了解决这些问题,可以在电路布局上采取相应的措施,采用新的测试方法和采用创新性适配器解决方案。
第二个问题的解决还涉及到使原来作为独立工序使用的测试系统承担附加任务。
这些任务包括通过测试系统对存储器组件进行编程或者实行集成化的元器件自测试(Built-in Self Test,BIST,内建的自测试)。
将这些步骤转移到测试系统中去,总起来看,还是创造了更多的附加价值。
为了顺利地实施这些措施,在产品科研开发阶段,就必须有相应的考虑。
1、什么是可测试性可测试性的意义可理解为:测试工程师可以用尽可能简单的方法来检测某种元件的特性,看它能否满足预期的功能。
简单地讲就是:l 检测产品是否符合技术规范的方法简单化到什么程度?l 编制测试程序能快到什么程度?l 发现产品故障全面化到什么程度?l 接入测试点的方法简单化到什么程度?为了达到良好的可测试必须考虑机械方面和电气方面的设计规程。
当然,要达到最佳的可测试性,需要付出一定代价,但对整个工艺流程来说,它具有一系列的好处,因此是产品能否成功生产的重要前提。
2、为什么要发展测试友好技术过去,若某一产品在上一测试点不能测试,那么这个问题就被简单地推移到直一个测试点上去。
【PCB印制电路板】高速PCB设计准则xxxx年xx月xx日xxxxxxxx集团企业有限公司Please enter your company's name and contentv高速PCB设计准则(转)减少串扰的措施1. 增加平行线之间的间隔,不要走长的平行线;线间距不小于线宽;2. 如果空间允许,在俩条平行线之间加一条地线。
3. 微带线中导线尽量和地平面接近(小于10mil),4. 在地平面的边沿尽量不要走线5. 争取做到负载匹配,通过减小反射的方法来减小串扰6. 如果需要,能够进行自屏蔽7. 关键信号线布在中间层(上下都是地平面);切中间层线和线的间隔要大于表层8. 差分线一定要平行等长。
9. 走线要充分考虑回流路径,不要‘跨越’地平面-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------减少EMI措施1. 在top和bottom的覆铜区域上每隔1/20波长的距离打孔接地。
2. 减小传输线分布电感,增加分布电容。
即减少Z0。
3. 当信号换层时,如果参考平面是GND1和GND2,那么在信号过孔的旁边多打一些G ND1-GND2过孔;如果参考平面是电源层和地层,那么在信号过孔的旁边加一些电容。
4. 器件的布局:按照器件的功能和类型、按照电源的类型、按照共地和转换点。
5. 一定要让电源层和地层尽量的接近。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------PCB布线规则1. 高频信号靠近地平面2. 电源层和地层设计满足20H规则。
确保信号完整性的高速PCB电路板设计准则(1)
引言:
对于高速PCB设计,国外有很多经典文章,我个人觉得这些文章让我受益匪浅,现特摘出供大家参考。
针对文章中的一些高速PCB设计相关内容如果大家有疑问或者兴趣我们可以详细讨论。
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转载:确保信号完整性的电路板设计准则
信号完整性(SI)问题解决得越早,设计的效率就越高,从而可避免在电路板设计完成之后才增加端接器件。
SI设计规划的工具和资源不少,本文探索信号完整性的核心议题以及解决SI问题的几种方法,在此忽略设计过程的技术细节。
SI问题的提出
设计前的准备工作
电路板的层叠
串扰和阻抗控制
重要的高速节点
技术选择
预布线阶段
布线后SI仿真
后制造阶段
模型的选择
未来技术的趋势
作者:JonPowell
SI问题的提出
随着IC输出开关速度的提高,不管信号周期如何,几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。
即使过去你没有遇到SI问题,但是随着电路工作频率的提高,今后一定会遇到信号完整性问题。
信号完整性问题主要指信号的过冲和阻尼振荡现象,它们主要是IC驱动幅度和跳变时间的函数。
也就是说,即使布线拓扑结构没有变化,只要芯片速度变得足够快,现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
我们用两个实例来说明信号完整性设计是不可避免的。
实例之一:在通信领域,前沿的电信公司正为语音和数据交换生产高速电路板(高于500MHz),此时成本并不特别重要,因而可以尽量采用多层板。
这样的电路板可以实现充分接地并容易构成电源回路,也可以根据需要采用大量离散的端接器件,但是设计必须正确,不能处于临界状态。
SI和EMC专家在布线之前要进行仿真和计算,然后,电路板设计就可以遵循一系列非常严格的设计规则,在有疑问的地方,可以增加端接器件,从而获得尽可能多的SI安全裕量。
电路板实际工作过程中,总会出现一些问题,为此,通过采用可控阻抗端接线,可以避免出现SI问题。
简而言之,超标准设计可以解决SI问题。
实例之二:从成本上考虑,电路板通常限制在四层以内(外面两层分别是电源层和接地层)。
这极大限制了阻抗控制的作用。
此外,布线层少将加剧串扰,同时信号线间距还必须最小以布放更多的印制线。
另一方面,设计工程师必须采用最新和最好的CPU、内存和视频总线设计,这些设计就必须考虑SI问题。
关于布线、拓扑结构和端接方式,工程师通常可以从CPU制造商那里获得大量建议,然而,这些设计指南还有必要与制造过程结合起来。
在很大程度上,电路板设计师的工作比电信设计师的工作要困难,因为增加阻抗控制和端接器件的空间很小。
此时要充分研究并解决那些不完整的信号,同时确保产品的设计期限。
下面介绍设计过程通用的SI设计准则。
设计前的准备工作
在设计开始之前,必须先行思考并确定设计策略,这样才能指导诸如元器件的选择、工艺选择和电路板生产成本控制等工作。
就SI而言,要预先进行调研以形成规划或者设计准则,从而确保设计结果不出现明显的SI问题、串扰或者时序问题。
有些设计准则可以由IC制造商提供,然而,芯片供应商提供的准则(或者你自己设计的准则)存在一定的局限性,按照这样的准则可能根本设计不了满足SI要求的电路板。
如果设计规则很容易,也就不需要设计工程师了。
在实际布线之前,首先要解决下列问题,在多数情况下,这些问题会影响你正在设计(或者正在考虑设计)的电路板,如果电路板的数量很大,这项工作就是有价值的。
电路板的层叠
某些项目组对PCB层数的确定有很大的自主权,而另外一些项目组却没有这种自主权,因此,了解你所处的位置很重要。
与制造和成本分析工程师交流可以确定电路板的层叠误差,这时还是发现电路板制造公差的良机。
比如,如果你指定某一层是50Ω阻抗控制,制造商怎样测量并确保这个数值呢?
其他的重要问题包括:预期的制造公差是多少?在电路板上预期的绝缘常数是多少?线宽和间距的允许误差是多少?接地层和信号层的厚度和间距的允许误差是多少?所有这些信息可以在预布线阶段使用。
根据上述数据,你就可以选择层叠了。
注意,几乎每一个插入其他电路板或者背板的PCB都有厚度要求,而且多数电路板制造商对其可制造的不同类型的层有固定的厚度要求,这将会极大地约束最终层叠的数目。
你可能很想与制造商紧密合作来定义层叠的数目。
应该采用阻抗控制工具为不同层生成目标阻抗范围,务必要考虑到制造商提供的制造允许误差和邻近布线的影响。
在信号完整的理想情况下,所有高速节点应该布线在阻抗控制内层(例如带状线),但是实际上,工程师必须经常使用外层进行所有或者部分高速节点的布线。
要使SI最佳并保持电路板去耦,就应该尽可能将接地层/电源层成对布放。
如果只能有一对接地层/电源层,你就只有将就了。
如果根本就没有电源层,根据定义你可能会遇到SI问题。
你还可能遇到这样的情况,即在未定义信号的返回通路之前很难仿真或者模拟电路板的性能。
串扰和阻抗控制
来自邻近信号线的耦合将导致串扰并改变信号线的阻抗。
相邻平行信号线的耦合分析可能决定信号线之间或者各类信号线之间的“安全”或预期间距(或者平行布线长度)。
比如,欲将时钟到数据信号节点的串扰限制在100mV以内,却要信号走线保持平行,你就可以通过计算或仿真,找到在任何给定布线层上信号之间的最小允许间距。
同时,如果设计中包含阻抗重要的节点(或者是时钟或者专用高速内存架构),你就必须将布线放置在一层(或若干层)上以得到想要的阻抗。
重要的高速节点
延迟和时滞是时钟布线必须考虑的关键因素。
因为时序要求严格,这种节点通常必须采用端接器件才能达到最佳SI质量。
要预先确定这些节点,同时将调节元器件放置和布线所需要的时间加以计划,以便调整信号完整性设计的指标。
技术选择
不同的驱动技术适于不同的任务。
信号是点对点的还是一点对多抽头的?信号是从电路板输出还是留在相同的电路板上?允许的时滞和噪声裕量是多少?作为信号完整性设计的通用准则,转换速度越慢,信号完整性越好。
50MHz时钟采用500ps上升时间是没有理由的。
一个2-3ns的摆率控制器件速度要足够快,才能保证SI的品质,并有助于解决象输出同步交换(SSO)和电磁兼容(EMC)等问题。
在新型FPGA可编程技术或者用户定义ASIC中,可以找到驱动技术的优越性。
采用这些定制(或者半定制)器件,你就有很大的余地选定驱动幅度和速度。
设计初期,要满足FPGA(或ASIC)设计时间的要求并确定恰当的输出选择,如果可能的话,还要包括引脚选择。
在这个设计阶段,要从IC供应商那里获得合适的仿真模型。
为了有效的覆盖SI仿真,你将需要一个SI仿真程序和相应的仿真模型(可能是IBIS模型)。
最后,在预布线和布线阶段你应该建立一系列设计指南,它们包括:目标层阻抗、布线间距、倾向采用的器件工艺、重要节点拓扑和端接规划。
预布线阶段
预布线SI规划的基本过程是首先定义输入参数范围(驱动幅度、阻抗、跟踪速度)和可能的拓扑范围(最小/最大长度、短线长度等),然后运行每一个可能的仿真组合,分析时序和SI仿真结果,最后找到可以接受的数值范围。
接着,将工作范围解释为PCB布线的布线约束条件。
可以采用不同软件工具执行这种类型的“清扫”准备工作,布线程序能够自动处理这类布线约束条件。
对多数用户而言,时序信息实际上比SI结果更为重要,互连仿真的结果可以改变布线,从而调整信号通路的时序。
在其他应用中,这个过程可以用来确定与系统时序指标不兼容的引脚或者器件的布局。
此时,有可能完全确定需要手工布线的节点或者不需要端接的节点。
对于可编程器件和ASIC来说,此时还可以调整输出驱动的选择,以便改进SI设计或避免采用离散端接器件。
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