文档介绍：关注高速PCB设计
摘要：半导体芯片技术飞速开展，Internet深入千家万户，人们对高质量实时处理的要求越来越苛刻，这些都导致高速PCB的应用日益普及。本文探讨高速PCB设计中的有关问题和技术，提供相关的信息帮助设计工程师选择适宜的    而通常的高速PCB设计情况可能又不一样。高速PCB中关键元器件〔CPU、DSP、FPGA、行业专用芯片等〕厂商会提供有关芯片的设计资料，这些设计资料通常以参考设计和设计指南的方式给出。然而这里存在两个问题：首先器件厂商对于信号完整性的了解和应用也存在一个过程，而系统设计工程师总是希望在第一时间使用最新型的高性能芯片，这样器件厂商给出的设计指南可能并不成熟。所以有的器件厂商不同时期会给出多个版本的设计指南。其次，器件厂商给出的设计约束条件通常都是非常苛刻的，对设计工程师来说要满足所有的设计规那么可能非常困难。而在缺乏仿真分析工具和对这些约束规那么的背景不了解的情况下，满足所有的约束条件就是唯一的高速PCB设计手段，这样的设计谋略通常称之为过度约束。
    有文章提到，一个背板设计采用外表贴装的电阻来实现终端匹配。电路板上使用了200多个这样的匹配电阻。试想如果要设计10个原型样板通过改变这200个电阻确保最正确的终端匹配效果，这将是巨大的工作量。而在此设计中没有任何一个电阻值的改变得益于SI软件的分析结果，这确实令人吃惊。
所以需要在原有的设计流程中参加高速PCB的设计仿真和分析，使之成为完整的产品设计和开发中一个不可或缺的局部。
高速PCB设计方法
    高速PCB的设计要求全员参与，设计仿真和分析要贯穿产品的设计过程：系统设计工程师在考虑系统的体系结构、模块划分地要充分考虑信号的噪声容限、时序余量、EMC以及电源等诸多高速PCB和系统方面的问题；电路设计工程师可以考察和优化元器件选择、拓扑结构、匹配方案、匹配元器件的值，并最终开发出确保信号完整性的PCB布局布线规那么；FPGA和ASIC设计工程师也必须将芯片同高速系统进行统一的考虑，它们不再独立工作；PCB工程师依据设计规那么完成PCB的布局和布线；SI工程师主要负责板级和系统级的分析和验证，以及单板的EMC分析和地弹分析。甚至元器件采购部门也应将元器件模型的获取提到议事日程上来。
    目前有许多EDA工具支持高速PCB的设计和分析。
    首先是布局布线后的分析和验证，这是一个必不可少的过程，应该选择高性能的“Sign-Off〞仿真工具确保PCB的质量。
    其次是高速PCB的设计和前期的规划探测工具，设计工程师应该主要集中在这一阶段，借助这些工具来分析可行的高速解决方案并且以设计约束的方式传递给PCB设计工程师。未来的高速硬件设计中逻辑功能设计方面的开销要越来越小，而开发设计规那么等高速设计方面的开销将到达80%甚至更高。
    EMC的设计目前主要采用设计规那么检查的方式，很重要的一点就是企业必须逐步建立和日益完善适合企业特定领域产品的设计标准，形成一整套的EMC设计规那么集，这些在国外的大公司非常普及，如三星和SONY。这些规那么由人或者由EDA软件来检查核对。
选择适宜的传输线描述和分析方法
    元器件和传输线的建模以及传输线分析方法成为高速设计和分析工具最关键的因素。
元器件模型通常包括IBIS模型和SPICE模型，IBIS模型容易得到但是可能存在精确性甚至正确性方面的问题，而SPICE模型非常精确但是不容易得到。所以要区别对待，通常高速接插件和自己设计的ASIC芯片SPICE模型可能更有效，而器件厂商处通常仅提供IBIS模型，应有专门的SI工程师对获得的模型进行验证和确认，方可在企业内部发布和使用。
    关于传输线的分析，通常主要考虑信号沿传输线传播时反射波信号对它的影响，一般有两种方法：一种是使用传统的电压/电流比〔U/I〕模式来描述，另一种是用前向波/反向波〔Forward/Reverse〕模式来描述。无论采用哪一种方式，都能得到同样的结论。但是，用何种表达式，将会影响最终结论的效果。
    〔a) 电压/电流比〔U/I〕模式表示的是沿传输线流过的电流，以及在各点上电压的情况。
    〔b) 前向波/后向波模式表示前向电磁波沿传输线传播时在各点的强度，以及反向电磁波沿传输线传播时在各点的强度。
    当我们考虑传输线输入阻抗时，U/I模式更适合，从公式中，我们可以直接得到在传输线输入端的电压/电流比〔即输入阻扰〕。当我们考虑快速信号在传输线上传播的影响时，Forward/Reverse模式更适宜一些，在第一时间，电磁波到达传输线终端之前，我们只计算前向波〔不考虑反向波〕，这样可以简化计算。无论使用哪种方法，都可以得到正确的结果。
高速PCB设计技术