高速电路设计技术报告

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1、高速电路设计技术报告1:高速PCB的叠层设计----------------------------2信号线卡分割走线------------------------------------42：高速PCB设计--------------------------------------------73：高速DDR走线设计----------------------------------------154：电磁干扰(EMI)共模和差模信号-----------------------18高速PCB的叠层设计随着现在系统工作频率的提高，器件的切换时间越来越小，PCB的设计复杂度逐步提高，对

2、于信号完整性的分析除了反射，串绕以及EMI等之外，合理的层叠设计和稳定可靠的电源也是重要的研究。PCB的层叠设计对整个系统的EMC性能起着重要的作用，良好的层叠可以有效的减小PCB回路的辐射效应。同样稳定可靠的电源供应可以为信号提供合理的返回路径，减小Loop面积。所以对于PI（PowerIntegrity）和SI的研究是紧密结合的。现在的高速数字系统设计中多层板和多个工作电源已经很常见了，这就涉及到多层板的板层结构的设计、介质的选择和电源(地)层的设计等。其中电源（地）层的设计是至关重要的（1）板层的结构板层的结构是决定系统的EMC性能一个很重要的因素。一个好的板层结构对抑制PCB中辐

3、射起到良好的效果。在现在常见的高速电路系统中大多采用多层板而不是单面板和双面板。在设计多面板时候需要注意以下方面。1.一个信号层应该和一个敷铜层相邻；2.信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合（即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小）；3.电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合；4.系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间，这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用且将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域；5.多个地敷铜层可以有效的减小PCB板的阻抗，减小共模EMI。2、板层的参数板层的参数包括信号走线的线宽，线厚、信号层和敷铜层之间的介质以及介质的厚度等。板层参数的确定主要是考虑到信号的阻抗控制以及PC

4、B板的制作工艺限制等因素。当然在GHz以上的频率还需要重点考虑传输线的集肤效应（SkinEffect）以及介质的损耗等方面。对于常用的介质FR-4而言，在≥1GHz时介质对信号有了明显的衰减。信号线的阻抗主要受到多个参数变量的限制，可以用下面的公式简单的描述。其中：Z。是信号线的阻抗；w：是走线的线宽；h：走线的线高；H：介质的厚度；ε：介质的介电常数。在这些参数变量中，H的影响最大。通常可以使用POLARCIT25软件计算传输线的阻抗。不同的传输线类型（微带线和带状线等）计算需要的参数也是有些差异。3、电源(地)层的设计在研究电源(地)层的设计之前有必要知道高频信号的回流问题。高频信号

5、的回流的原则就是沿着阻抗最小的路径返回信号的驱动端。同时信号的回流在信号的波形切换时，回流的的方式是不同的。在PCB上传输线的信号回流总是沿着和该传输线最近的敷铜形成电流返回路径，只是在靠近信号的驱动端时有所区别。信号输出如果为逻辑高，那么信号的回流必须进入驱动端的电源管脚。相反如果输出为低，那么信号的回流必定是回到驱动端的地管脚。信号的传输线和返回路径之间需要有高的电容和低的电感。高的电容是可以比较好的将电场包含在内；较低的电感是为了减小穿过的磁通量。在研究了高频信号的回流的问题，下面将详细的研究电源的设计。3.1、电源(地)层的分割现在系统的工作电源多为多个电源，那么在实际的操作中就

6、需要研究电源(地)层的分割(Slot)问题。由上面研究的信号回流问题知道，Slot使得信号的回流路径很难控制。如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线(小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比)。当然从另一个角度考虑，Slot有利于噪声的隔离，可以防止不同分割块(Island)之间的相互干扰。3.2、数模电源设计数模电源设计的主要目的就是减小数字信号(数字电源)对模拟信号(模拟电源)的干扰。同时还需要注意两个方面。第一：尽可能减小电流环路的面积；第二：系统只采用一个参考面。如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线(小型偶极天线的

7、辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比)。所以对于数模电源和地敷铜的连接采用单点连接。这样既可以构成一个参考地敷铜，还可以防止在数字模拟地之间形成小的回流环路(GroundLoop)。因为这样的回流环路是产生地弹噪声的一个因素。因为如果采用多点连接，噪声就可以通过多个连接点形成比较多的环路。单点的连接点应该在数模混合器件的下方。同时需要注意数模的连接方式，考虑到噪声的隔离，数模混合连接处使用磁珠连接，磁珠可以通直流隔交流。