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PCB信號完整性分析概述

當今的PCB設計,隨著時鐘頻率日益提升,PCB設計人員越來越多的遇到了信號完整性及相關的問題。如何儘早預見到相關問題對一個產品的影響並解決問題,將決定一個產品的成敗。影響研發進度並造成產品交貨延遲,就是企業付出的最昂貴的代價。拓普雷奧設計團隊匯聚了數名資深PCB設計且具SI分析經驗的專家,可以幫助到您快速正確解決相關設計難題。

 

 

 

信號完整性問題的十個基本原則

1.提升高速產品設計的關鍵是︰充分利用分析工具來實現準確的性能預測;使用測量手段來驗証設計過程、降低風險、提升設計工具的可信度。

2.將問題實質與表面現象剝離開的惟一可行的途徑就是採用經驗法則、解析近似、數值仿真技術或者測量工具來獲得數據,這是工程實踐的本質要素。

3.任何一段互連線,不論線長和形狀如何,也不論信號的上升時間如何,都是一個由信號路徑和返回路徑構成的傳輸線。一個信號在沿著互連線前進的每一步中,都會感受到一個瞬態阻抗。如果瞬態阻抗為常數,就像傳輸線具有均勻的橫截面一樣,則其信號質量將會獲得奇跡般的改善。

4.把“接地”這一術語忘掉,因為它所造成的問題比用它來解決的問題還要多。每一路信號都有返回路徑。抓住“返回路徑”,像對待信號路徑一樣去尋找並仔細處理返回路徑,這樣有助於培養解決問題的直覺能力。

5.當電壓變化時電容上就有電流流動。對於信號的陡峭邊,即使電路板(PCB)邊緣和懸空導線之間的空氣隙形成的邊緣線電容也可能擁有很低的阻抗。

6.電感與圍繞電流周遭的磁力線匝數有本質的聯繫。只要電流或磁力線匝數發生改變,在導線的兩端就會產生電壓。這一電壓導致了反射噪聲、串擾、開關噪聲、地彈、軌道塌陷以及EMI。

7.當流經接地回路電感上的電流變化時,在接地回路導線上產生的電壓稱為地彈。它是造成開關噪聲和EMI的內部機理。

8.以同頻率的方波作為參照,信號帶寬是指有效正弦波分量的最高頻率值。模型的帶寬是指在這個最高的正弦頻率上,模型仍然能夠用來準確的預測互連的實際性能。在使用模型進行分析時,一定不要讓信號的帶寬超過模型的帶寬。

9.記住,除了少數情況之外,信號完整性中的公式給出的是定義或者近似。在特別需要準確性的場合就不要使用近似。

10.有損傳輸線引起的問題就是上升邊變差。由於趨膚深度和介質損耗,損耗會隨著頻率的升高而增加。如果損耗隨著頻率的升高而保持不變,那么上升時間就不會發生變化,這時的有損線只是增添了一些損耗而已。

摘自《信號完整性設計》

 

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