PCB高频布线基本知识

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1、高频布线基本知识内容目录1.引言2.信号完整性问题3.电磁兼容性问题4.电源完整性问题5.高频电路设计一般规范6.数模混合电路设计一般规范一：高频电路的定义*在数字电路中，是否是高频电路取决于信号的上升沿和下降沿，而不是信号的频率。公式：F2=1/（Tr×π），Tr为信号的上升／下降延时间。*F2>100MHz，就应该按照高频电路进行考虑，下列情况必须按高频规则进行设计–系统时钟频率超过50MHz–采用了上升/下降时间少于5ns的器件–数字/模拟混合电路*逻辑器件的上升/下降时间和布线长度限制上升/下主要谐波频谱分布最大传输线最大传输降时间 Tr分量          F2=1/Fmax=1

2、0*距离（微带）线距离（微带线）πTr   F2  74HC       13-15ns24MHz  240MHz117cm 91cm74LS         9.5ns 34MHz 340MHz 85.5cm 66.5cm74H           4-6ns 80MHz 800MHz 35 2874S           3-4ns 106MHz1.1GHz 27 2174HCT      5-15ns64MHz 640MHz 45 3474ALS     2-10ns160MHz1.6GHz 18 1374FCT      2-5ns 160MHz1.6GHz 18 1374F    

3、     1.5ns 212MHz2.1GHz 12.5 10.5ECL12K   1.5ns 212MHz2.1GHz 12.5 10.5ECL100K 0.75ns424MHz4.2GHz  6 5传统的PCB设计方法效率低：原理图，传统的设计方法设计和输入布局、布线没有任何质量控制点,制作PCB每一步设计都是凭经验，发现问题就必须从头开始，功能、性能测试问题的查找非常困难信号完整性问题:1.反射问题2.串扰问题3.过冲和振荡4.时延反射问题：传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。多点反射反射原因：*源端与负载端阻抗不匹配*布线的几何

4、形状*布线的走向，过孔*不正确的线端接*经过连接器的传输*电源平面的不连续等。串扰问题：*串扰：两条信号线之间的耦合1.容性串扰*当线路以一定的距离彼此靠近时，会出现这种情况。*容性耦合引发耦合电流2.感性串扰*不需要的变压器的原线圈和次级线圈之间的信号耦合*感性耦合引发耦合电压。串扰问题：PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。*电容和电感的串扰随负载阻抗的增加而增加，因此所有易受串扰影响的线路都应当端接线路阻抗。减少容性串扰的方法：*分离信号线路，可以减少信号线路间电容性耦合的能量。*利用地线分离信号线路，可以减少电容的耦合。为了提高有效性

5、，地线应每隔λ/4英寸与地层连接。（λ波长是指信号在单位时间传送的距离。）///////////////////////////一般原则：每2-5cm打过孔。容性串扰的仿真结果＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝减少感性串扰的方法*为了解决电感的串扰问题，应当尽可能地减小环路的大小。*通过避免信号返回线路共享共同的路径这种情况，也可以减少电感串扰、过冲和振荡*过冲(overshoot)：过冲能够引起假时钟或总线数据读/写错误。*振荡(ringing)：振荡的现象是反复出现过冲和下冲。信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起，振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。振荡可以通过适当的端接予以减小

6、，但不可能完全消除。时延：一组总线内各信号线的不同时延时钟与信号：尽可能保证宽的窗口///////////////////////////电磁兼容性问题*电磁干扰（EMI）问题1.环路设计，形成天线效应2.电源层的槽缝会构成了四分之一波长的天线*密集过孔（如BGA封装器件）*大型接插件（特别是背板）3.感性元件。注意：在元件面的两个平行放置的电感会构成变压器。不合理的回流路径导致EMI地电平面不完整引起的EMI地电平面的不完整会引起大的EMI不考虑地电平面不完整情况的仿真是不精确的///////////////////////////电源完整性问题*大功率高速器件：需要很大的瞬态电流*地层、

7、电源层不完整：1.分割、过孔 2.接插件*滤波电容：3.数量、容量、布局、电源滤波电容的选择：系统既有高频噪音也有低C0G（非铁磁的）类型的频噪音，通过并联大电0.01μF电容比其它类型容、小ESL器件、极小的0.1μF电容在高频时ESL器件可扩展滤波范具有更好的滤波性能///////////////////////////原理图设计规范信号完整性及电磁兼容性考虑PCB完成后原理图与PCB的对应一般规则和要求