高速电路板设计指南(中文版).pdf

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1、高速板设计技术(HighSpeedBoardDesign)目录高速板设计技术(HIGHSPEEDBOARDDESIGN)11．电源分配31.1电源分配网络作为动力源31.1.1阻抗的作用31.1.2电源总线法vs电源位面法41.1.3线路噪声过滤51.1.4旁路电容的放置81.2电源分配网络作为信号回路91.2.1自然的信号返回线路91.2.2总线vs信号回路平面101.3设计板面应考虑电源分配101.3.1当心电源层割缝111.3.1.1地线电缆的有效性111.3.1.2分离模拟电源平面与数据电源平面121.3.1.3避

2、免重叠分离的板平面121.3.1.4隔开敏感元件121.3.1.5隔开敏感元件将电源总线靠近信号线122.传输信号线2.1传输线分类142.1.1对带状线来说：142.1.2对微波传输线：152.2计算分散的负载152.3反射162.4反射定量化182.5传输线布局法则252.5.1避免断点252.5.2不要使用STUB和TS263.色度亮度干扰263.1电容性干扰263.2电感性干扰2813.2.1线圈的尺寸和紧密程度293.2.2负载阻抗293.3干扰解决方法总结294．电磁干扰（EMI）304.1环路（LOOPS）3

3、04.2过滤（FILTERING）304.2.1EMI过滤器304.2.2铁氧体噪声干扰抑制器（ferritenoisesuppressors）314.3设备速度32总结332高速板设计技术(HighSpeedBoardDesign)前言如今，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备。对a举例：即使产生最基本的计

4、算机动画，也需要先计算大量的数据。目前，传播延迟4.5ns的可编程pld设备已经出现，像mach这样的传播延迟5ns的复杂plds也已经存在。尽管它们看起来已经很快了，但是，使发展有潜力的并不是这些传播延迟绝对值，而是传播延迟可能达到的边缘极值（edgerate）。将来会出现更快的设备，它们将具备更快的边缘极值。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。设备模拟方面的重要性与数字方面是一样的。在高速系统中，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。

5、如果不加抑制的话，这些噪声会严重损害系统的性能。本文讲述了使用pcb－板设计高速系统的一般原则，包括：©电源分配系统及其对boardinghouse产生的影响©传输线极其相关设计准则©串扰（crosstalk）极其消除©电磁干扰1．电源分配设计高速系统板时需要考虑的重要问题就是电源分配网络。对一个无噪声系统来说，它必须有一个无噪声的电源分配网络。记住，如果想开发一个干净的VCC，那么得到一个干净的地就是十分必要的。对AC这个目的来说（这将是本文的讨论重点），VCC就是基础地。1.1电源分配网络作为动力源1.1.1阻抗的作用

6、让我们考虑一块5*5的板子，数字ICs，并有一个＋5.0V的电源。我们的目的是给位于板子上每一个设备管脚提供正好是＋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有线噪声（Linenoise）的。具有这些性质的电源表现为一个理想电压源（图1a），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，因为噪音发生器有最小阻抗的极限。很不幸，这只是个理想条件。图1b画出的是一个真正的电源，它有一定的以电阻，电感或者电容形式存在的阻抗。3它们分布在整个电源分配系统

7、中。因为有了阻抗，噪音信号也加入了电压（voltage）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。有两种方法：电源总线法（powerbuses）和电源位面法(powerplanes)。一般来说，电源位面法较之电源总线法有着比较好的阻抗特征，不过，就实用性来说，总线法更好一些。1.1.2电源总线法vs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上图2的a和b表示。一个总线系统（图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

8、级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。4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。总线需要给所有