高速PCB设计技术的研究

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1、题目:高速PCB设计技术的研究专业:应用电子技术班级:电子3062作者：指导教师：摘要在木文屮，我主要学习了高速PCB的设计，木文介绍了高速PCB设计方面的有关研究。随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高，电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计，总线的工作频率也已经达到或者超过50MH乙有的甚至超过100MH乙口前约50%的设计的吋钟频率超过50MHz,将近20%的设计主频超过120MHz。当系统工作在50MHz时，将产生传输线效应和信号的完整性问题；而当系统时钟达到120MHz时，除汕使用高速电路设计知识，否则基丁•传统方法设计的PCB

2、将无法工作。因此，高速电路设计技术已经成为电子系统设计师必须釆取的设计手段。只冇通过使用高速电路设计师的设计技术，才能实现设计过程的可控性。通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ〜50MH乙而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量（比如说1/3）,就称为高速电路。如今，许多系统设计中最重要的因素就是速度问题。66MHz到200MHz处理器是很普通的；233-266MHZ的处理器也变得轻易就可得到。对于高速度的要求主要来自：a）要求系统在令用户感到舒适的、很短时间内就能完成复杂的任务。b）元件供应商有能力提供高度速的设

3、备。设计高速系统并不仅仅需要高速元件，更需要天才和仔细的设计方案。设备模拟方而的重要性与数字方而是一样的。在高速系统屮，噪声问题是一个最基本的考虑。高频会产生辐射进而产生干扰。边缘极值的速度可以产生振铃，反射以及串扰。如果不加抑制的话,这些噪声会严重损害系统的性能。摘要11.电源的设计41.1电源分配网络作为动力源41.1.1阻抗的作用4L1.2电源总线法和电源位面法41」.3线路噪声过滤51.2电源分配网络作为信号回路71.2.1自然的信号返回线路72.传输信号线82.1传输线分类92.2传输线布局法则92.2.1避免断点92.2.2不要使用抽头和

4、锥形柄103•高频电路中的信号反射及完整性113.1信号完整性概述113.2信号反射噪声的形成113.3玄揣接匹配技术123.3.1并联端接123.3.2串联端接124.电磁兼容性及解决方案134・1电磁干扰134.1.1环路134.1.2过滤145•蛇形走线的作用156.PCB设计中格点的设置167•射频屯路的设计177.1板材的选择177.2元器件的布局177.3布线18&如何做好PCB板198.1要明确设计目标198.2了解所用元器件的功能对布局布线的要求20&3元器件布局的考虑208.4PCB板的布线技术21致谢23参考文献241.电源的设计

5、1.1电源分配网络作为动力源1.1.1阻抗的作用让我们考虑一块5X5的板子，数字ICs,并冇一个+5.0V的电源。我们的目的是给位于板子上每一个设备管脚捉供正好是+5V的电压，不管这些设备管脚在板子上与电源的距离如何。再进一步，每个管脚上的电压应该是没冇线噪声(Linenoise)的。具冇这些性质的电源表现为一个理想电压源(图l・la),它的阻抗为零。零阻抗可以保证负载与电压源恰好相等。它还意味着噪音信号将被吸收，因为噪音发生器冇最小阻抗的极限。但是，这只是个理想条件。图lb画出的是一个真正的电源，它冇一定的以电阻，电感或者电容形式存在的阻抗。它们分

6、布在整个电源分配系统中。因为冇了阻抗，噪音信号也加入了电压中。图1-1电源模型我们的设计目的是尽可能减小网络中的阻抗。冇两种方法：电源总线法(power*buses)和电源位面法(powerplanes)□―般來说，电源位面法较之电源总线法冇着比较好的阻抗特征，不过，就实用性來说，总线法更好一些。1.1.2电源总线法和电源位面法图1-2电源总线法和位面法模型两种电源分配方案分别用下图2的a和b表示•117•aa•IE•一个总线系统（图l・2a）是由一组根据系统设备要求不同而具有不同电压级别的线路组成的。从逻辑上讲，典型的应该是+5V和地线。每种电压级

7、别所需的线路数目根据系统的不同而不同。一个电源位面系统（图l・2b）是由多个涂满金属的层（或者层的部分）组成的。每个不同电压级别需要一个单独的层。金属层上面唯一的缝隙，是为了布置管脚和信号过孔用的。早期设计更倾向于总线方法，因为把整个层用作电源分配，成本比较高。电源总线与信号线分享那些层。总线需要给所冇的设备捉供电源，而且还要给信号线留出空间；于是,总线必须是很长很窄的带子。这使得在较小的交叉范围内产生一些小阻抗。尽管这些阻抗很小，但是仍然很重要。一块最简单的板子也会冇20到30个IC。如果一个带冇20个IC的板子上，每个设备冇200mA,那么总电流

8、将为4A。那么总线上1.125欧姆的小阻抗将会造成0.5V的电压损失。如果供应的总电压是5V的话，那么总线上