原创 高速PCB设计 各种高速问题归类

高速PCB设计 各种高速问题归类

高速问题的表现有很多，过冲、串扰、振铃等等，为了方便归类研究，一些主流的仿真软件的厂商做了以下划分：

普通SI问题：即反射、串扰、过冲、下冲、单调性等；解决驱动问题、端接电阻或串接阻尼电阻数值的计算、PCB叠层结构和特性阻抗计算，走线拓扑结构分析。

在上世纪末，华为、中兴等公司引进了国外的先进仿真经验，同时在国内进行推广，这些年来，业内对普通SI问题积累了较多经验。大家开始重视层叠设计方案，关注参考平面带来的影响；知道阻抗控制的概念及重要性，设计和制板环节严格进行阻抗控制；对于拓扑结构和端接匹配方式有了一定的研究并能用于实际设计。应该来说，普通SI问题的研究分析已经比较成熟。

时序问题（Timing）：时序问题是关键问题，目前的设计者基本上采用核心芯片厂家的现成方案，因此设计中主要的一部分工作是如何保证PCB能够符合芯片工作要求的时序。

时序问题相对比较复杂，主流仿真软件的支持也不是很好（Sisoft有一个专门用于时序分析的软件叫Quantum-SI，笔者没有用过）。大家对时序感觉是一知半解，看看各种混乱的等长要求，就知道时序设计的现状了。在后续的讨论中，笔者会重点交流下时序问题，对共同时钟，源同步时钟，内同步时钟等分门别类详细讨论。

MGH以上仿真问题：即微波段传输问题。通常所称的GHz 仿真分析。设计需要解决传输链路上因为走线、过孔和材料等小尺寸形状引起的各种通常只有在微波领域才会考虑的问题。

这也是近年来比较热门的“场”领域仿真，涉及到的知识面更广，要求仿真工程师具备“场”领域的知识。同时这也是软件厂家的必争之地，除了传统的业内标准HFSS外，还有ADS和CST，这三家感觉上好像垄断了3D Full wave EM领域。Sigrity凭借Power SI的口碑，也有自己的立足之地，Hyperlynx 去年收购了3D建模厂商Zealand IE3D，也涉足三维场仿真领域，只有Cadence坚持自己开发的路线，在3D Full wave EM领域姗姗来迟，号称明年会推出实用版本，经过业内认可，还需要时间。MGH的仿真，对软件的依赖性更高一些，不像时序和普通SI问题，通过人的分析和计算，也能得到可用的结论。关于MGH，后文也有专题进行分析讨论。

除了SI，最近越来越热门的还有PI。随着电压不断降低，功耗越来越大，PI也慢慢摆脱了只是节约几个电容，没什么实际用处的尴尬。更多的仿真工程师把眼光投向PI领域，PI和SI的协同仿真，更是成为近期的大热门。DesignCon2006，2007等连续几年，PI都是主要的专题之一。

PI 分析的主要目标有：

1. 找到电流和温度的“热点”
2. 指导层叠设计和平面分割
3. 优化电容的选择和布局方案
4. 尽快找到电源供电网络的谐振频率点
5. 通过电源的时域仿真，指导电源设计

PI主要从DC方面仿真直流电压跌落问题，也就是IR-Drop，这一块各家仿真软件都做的比较成熟，算法也相应比较简单一些，可以选用Cadence SPB16.5新推出的PDN工具来进行仿真，传统的Power DC和SI wave在这个领域也都做得非常好。另一个方面就是用电源平面目标阻抗的角度来进行分析，Power SI和Speed 2000的结合可以说是这个领域的鼻祖，SI Wave也一直都做得不错，Cadence的PDN算是迎头赶了上来，让PI工程师多了一个选择。而比较潮流的像是Optimize PI，让电容优化和PI仿真多了一个简单直观的工具，就类似与摄影里面的傻瓜相机吧，人人都可以上手。

（前面的专题大多是概念性和提出问题，下一个专题开始针对各种问题进行分类详细讨论，也请感兴趣的朋友留言，提出大家平常设计中的高速问题，大家一起交流）

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