高速高密度多层PCB的SI／EMC.doc

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1、高速高密度多层PCB的SI/EMC6/6高速高密度多层PCB的SI/EMC(信号完整性/电磁兼容)问题长久以来一直是设计师不得不面对的最大设计挑战。目前随着主流的MCU、DSP和处理器大多工作在100MHz以上(少数甚至已工作到GHz级以上)，而且越来越多的高速I/O端口和RF前端也都工作在GHz级以上，再加上应用系统的小型化趋势导致的PCB空间缩小问题，这些因素均使得今天的高速高密度PCB设计变得越来越普遍。不少工业分析家也指出，进入二十一世纪以后，超过80%的多层PCB设计都是针对高速电路的。高速信号会导致PCB上的长互连走线产生传输线效应，它使得PCB设计师必须考虑

2、传输线的延时和阻抗匹配问题，因为接收端和驱动端的阻抗不匹配都会在传输线上产生反射信号，而这会对信号完整性产生很大的影响。另一方面，高密度PCB上的高速信号或时钟走线会对间距越来越小的相邻走线产生很难准确量化的串扰问题，从而产生恼人的EMC问题。SI和EMC问题均会导致PCB设计过程的反复，从而导致产品的开发周期一再延误。一般来说，高速高密度PCB需要复杂的阻抗受控布线策略才能确保电路正常工作。随着新型器件的电压越来越低、PCB密度越来越大、边沿转换速率越来越快、以及开发周期越来越短，SI/EMC挑战日趋严峻。为了满足这一挑战，今天的PCB设计师必须采用新的方法来确保你的P

3、CB设计是可工作的和可制造的。采用过去的设计规则已经无法满足今天的时序和信号完整性要求，现在必须采取新的包含仿真功能的工具才能确保设计成功.目前业界可用于帮助解决这类SI/EMC问题的主要PCB设计工具有Cadence的AllegroPCBSI230/630和EMControl、Mentor的HyperLynx和QuietExpert、图研(Zuken)的Hot-Stage和EMCAdviser、以及Altium的PCBDesigner和P-CAD.Cadence的AllegroPCBSI6/6230/630提供了一种可伸缩的、完整的和集成的解决方案，它是一种完整的SI/

4、PI(功率完整性)/EMI问题的协同解决方案。它可用于在高速PCB设计周期的每个阶段探索和解决与电气性能相关的问题.PCB是系统中主要的辐射源，控制系统中所有PCB的EMI辐射、提高系统搞干扰的能力是确保产品通过EMC测试的最好方法。具体来说，PCB上的EMI问题是由多种多样的噪声源引起的，如信号噪声(反射和串扰)、电源/地噪声、以及天线(悬空线)等等。为了有效减少PCB上的EMI，这些信号的、器件的、电源/地平面的以及天线的噪声源都必须加以考虑。由于信号噪声源是SI问题、电源/地噪声源是PI问题，因此最终的EMC问题的解决必须依靠正确的SI、PI和EMI设计，而不仅仅只

5、是考虑EMC的问题。Cadence亚太区高速技术中心技术顾问钟章民表示。他接着说：“在设计中就通过仿真和约束解决好SI和PI问题，这样可以在实际上控制EMI问题的根源，既减少了后期由于SI/PI/EMI问题而查错和改板的周期，也降低了产品通不过EMC测试的风险。”不同的实际设计会有不同的EMC特殊要求，这可以通过EMC工程师设置约束来实现。这些约束有些可以在Allegro中的约束管理器中设置，有些不能或实时检查非常耗时的约束条件则需要进行后期检查。手工进行这种检查是一件非常费时费力的事情，为此Cadence提供了EMControl工具，它提供了自动批处理检查这些EMI/S

6、I/PI规则并进行交互式设计的方法，而且客户可以在此平台上开发适合自己的各种规则。市场上现有的一些EMC工具可以帮助工程师解决一些EMI的问题，然而，目前并没有一种能完全并准确地仿真EMI效果的工具。目前市场上的EMI仿真工具既费时费力、成本高昂，也没有从根本上解决系统的EMC问题。如果PCB设计师能够真正将EMC问题放到设计阶段来考虑，那么不仅可以获得更好的EMC设计效果，而且可以降低设计成本，从而大大提高了产品通过EMC测试的机会。Cadence高级技术市场拓展经理穆珍博士也强调指出：“尽管其他的一些EDA厂商也推出了类似EMControl专家系统的规则检查方案，但对

7、客户来讲，如何将SI、PI以及EMI的问题在设计阶段就协同考虑并加以严格控制，已经成为业界主流的、高性价比的设计方法和系统EMC问题解决方案。在这一点上，目前只有Cadence的AllegroPCBSI230/630工具才能够在一个平台上解决和完成。”Mentor声称，其HyperLynx高速工具套件可用在任何一个设计流程中分析信号完整性、消除串扰和在设计早期检测出EMC问题，从而允许PCB设计师在第一时间发现和消除SI/EMC问题。其EMC仿真分析工具Quiet6/6Expert则主要采用了一种“专家系统”算法来寻找和发现P