文档介绍：高速PCB设计
1. 基本概念
2. 信号完整性分析及解决方法
3. 电源完整性分析及解决方法
4. 传输线理论及特征阻抗控制
5. 反射理论及端接技术
6. PCB的分层设计
7. PCB的布局设计
8. PCB布线设计
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高速PCB设计技术
基本概念
1. 串扰(crosstalk)
2. 电磁兼容(EMC)
3. 反射(Reflection)
4. 过冲(Overshoot)和下冲(Undershoot)
5. 时钟偏移(Clock Skew)和时钟抖动(Clock Jitter)
6. 建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)
7. 建立时间裕量(Setup Margin)和保持时间裕量(Hold
Margin)
8. 地电平面反弹噪声和回流噪声
9. 介电常数(εr)
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高速PCB设计-基本概念
串扰(crosstalk)及后果:
串扰是指两个不同的电性能网络之间的相互作用。产生串扰(crosstalk)
的一方被称作Aggressor,而收到干扰的一方被称作Victim。通常,一个网络既
是入侵者,又是受害者。串扰会导致误触发。
串扰产生的原因:
串扰是由同一个PCB板上的两条信号线之间互容和互感的容性耦合和感性耦
合引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。
串扰只发生在Aggressor的上升或下降沿
影响串扰的因素:
PCB板层的参数(厚度,介电常数)等、信号线间距、线端接方式等3 。
高速PCB设计-基本概念
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中能正常工
作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能
力,它包括电磁干扰(EMI)和电磁抗干扰(EMS)两个方面。
电磁骚扰(ic Disturbance)是指任何可能引
起装置、设备或系统性能降低或对生命或无生命物质产生损害
作用的电磁现象。
电磁干扰(EMI)是指由电磁骚扰引起的设备、传输通道或系
统性能的下降,是电磁骚扰作用的结果,分为辐射干扰(RE)、
传导干扰(CE)、PT(干扰功率测试)。传导耦合有三种藕合
通路,分别为公共电源、公共地回路、信号线之间的近场感
应;辐射耦合是通过空间电磁场进行的电磁耦合。
电磁抗干扰(EMS)包括ESD(静电放电)、RS(辐射耐受)、
EFT/B(快速脉冲耐受)、Surge(雷击)和CS(传导耐受)。 4
高速PCB设计-基本概念
反射(Reflection)及后果
反射就是在传输线上的回波(Echo)。信号功率(电
压和电流)传输到线上并达到负载处,但是有一部分可能会
被反射。反射会产生振铃现象
反射产生的条件:
如果负载和传输线具有不相同的阻抗(Impedance),
反射就会发生。如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为正;
如果负载阻抗小于源阻抗,反射电压为负。
影响反射的因素:
布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传
输、电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。
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高速PCB设计-基本概念
过冲(Overshoot):
过冲是指超过设定电压的第一个峰值或谷值。对于上升
沿(Ring Edge)而言,过冲是指最高电压;对于下降沿(fall
Edge)而言,过冲是指最低电压。
下冲(Undershoot):
下冲是指下一个谷值或峰值。
过冲和下冲的后果:
过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致其过早地失
效;过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。
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高速PCB设计-基本概念
时钟偏移(Clock Skew):
时钟偏移(Skew)是指不同的接收设备接收到同一时钟驱
动输出之间的时间差。对于参考时钟而言,时钟偏移有正延时和
负延时之分。
时钟偏移的后果:
时钟偏移可引起有效时钟周期的减小。
产生的原因:
1)由不同时钟路径的延时或驱动器件不同驱动门之间的时
差所造成;
2)由于接收端之间的阈值不同、负载电容不同、以及信号7
质量的差异所造成。
高速PCB设计-基本概念
时钟抖动(Clock Jitter):
时钟抖动(Jitter)是指由每一个时钟周期之间的不稳定性
引起的相位抖动,该物理量可以用单个周期中最大的周期抖动与理
想周期的差值表示。 。
时钟抖动的表现形式:
1)时钟占空比随机变化;
2)时钟信号在时间轴上左右摆动;
时钟