PCB设计信号完整性与串扰问题分析
0 2022-09-30

1.1.课题的研究背景

随着人们对电子设备的小型化和多功能化要求越来越高,当今的电子系统正朝着高速化和小体积化的方向发展。沿着这个方向,现代电子系统的信号速率、速率和集成电路的输出开关速度也在不断增加。从数字系统的工作频率看,越来越多的系统工作在lOOtz以上,约50%的设计时钟频率都超过了50MHz,有近20%的设计主频超过了120mHz。信号边沿也变得越来越陡峭,目前信号的最小切换时间已经达到皮秒级。电子系统中系统时钟频率迅速提高和信号边沿不断变陡,使得PCB的信号走线和材料的特性对系统的影响越来越大。对于低频设计,信号走线和基板材料的影响可以不予考虑,但当信号频率超过50MHz时,信号的走线就必须考虑其传输线效应,而在评定系统性能时也必须考虑基材的电参数。另一方面,随着芯片与芯片封装技术的不断进步,芯片体积在不断减小,引脚数目在不断增多,这导致了PCB上的元件密度和密度不断增大。的布局密度不断增大,彼此间的间隔变得越来越小,相互间的和电磁干扰就越来越严重。可见,当前电子系统的发展为PCB的设计带来了一个问题,即信号频率上升、体积减小和布线密度增大,使得PCB的信号完整性问题越来越突出nH引。电子系统如果没有良好的信号完整性,就不能良好的工作,甚至根本不能工作。现代时必须充分考虑信号完整性。然而影响PCB信号完整性的因素很多。诸如元器件的电磁特性、基板材料的特性、元器件的布局位置以及信号的布线状况等因素都会影响到PCB的信号完整性。因此,在PCB设计时如何快速的分析电路板的信号完整性、采取有效的信号完整性设计方法已经成为当今PCB设计领域中研究的热门课题瞄’。

1.2.信号完整性概述及其研究现状

信号完整性(S i gnal Ingri ty,SI)是指信号在信号线上传输的质量。对于数字电路,就是要信号在电路中能以正确的时序和电压做出响应。如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收端,就表明该电路具有较好的信号完整性。反之,就说明出现了信号完整性问题。在数字电路中,信号完整性问题主要表现为振铃、过冲、欠冲、时延、同步切换噪声和地弹等现象。为了正确识别和处理数据,IC要求数据在时钟边沿前后处于稳定状态。这段时间内如果信号不稳定或状态发生改变,IC就可能误判甚至丢失部分数据。在高速数字电路中,信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC时,该电路就有很好的信号完整性。如出现诸如振荡、过冲、下冲等信号完整性问题(如图1-1所示),就会造成时钟间歇振荡,从而导致电路误触发和接收数据出错。此外,数字电路中逻辑器件内部和PCB上的其他数字信号在进行同步切换时,因电源线和地线的阻抗以及器件的引线会在系统中产生同步切换噪声(SSN),在地线上引起地弹噪声。诸如此类的信号问题会严重影响电路的性能H1。

PCB设计信号完整性与串扰问题分析

差的信号完整性一般不是由某一单一因素导致的,而是电路板中的多种因素共同引起的。从形成机理上看,引起电路板信号完整性问题的原因主要是电路板上的串扰、信号反射和电磁干扰(EMI)H¨朝嘲。相应地,研究和解决电路板的信号完整性问题也需要从这三方面来研究,并采取相应的措施。

1.2.1.串扰问题及其研究

串扰是信号线间的耦合,是由信号线之间的互感和互容引起的噪声。串扰耦合通常可分为两种,即公共阻抗耦合和电磁场耦合。公共阻抗耦合是因为不同信号共用公共返回路径引起的,这种耦合通常在低频时起决定作用。电磁场耦合主要发生在高频时,又可分为电感性耦合与性耦合。通常所说的串扰是指电磁场耦合,本论文中涉及的串扰也仅指电磁场耦合。电磁场耦合属于近场耦合,其机理是在高频时PCB上的任何两个器件或导线之间都存在互容和互感,当一个器件或一条信号线上的信号发生变化时,其变化会通过互容和互感耦合到其他器件或信号线,即串扰耦合。当耦合信号或串扰信号足够大时,接收串扰信号的信号线上就会出现信号完整性问题。PCB信号线间的串扰与传输的信号频率、走线的长度、走线间的距离以及参考地平面的状况等因素有关。例如参考平面上的裂缝会使跨越裂缝的信号线间的串扰增加,引起信号波形畸变。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • PCB
  • pads
  • protel
  • Altium
  • 如何优化PCB原理图布局

    在设计PCB时,设置电路板轮廓后,需要将元器件调用到工作区。将元器件摆放到合适位置后,

    昨天
  • PCB器件布局的一些日常原则总结

      PCB器件布局是一件很有技巧性的事情,但是如果你掌握了它的原则,那么,一切就会变得非常的简单,下面是日常中总结的一些PCB器件布局的原则。  1.I/O驱动

    12-02
  • 根据文件图怎样进行PCB原理图反推

      在PCB反向技术研究中,反推原理图是指依据PCB文件图反推出或者直接根据产品实物描绘出PCB电路图,旨在说明线路板原理及工作情况。并且,这个电路图也被用来分

    12-02
  • 去耦、滤波、隔离三大技术

      电磁兼容性(EMC,ElectromagneticCompatibility)是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的

    12-02
  • 石英晶振在电脑主板中的作用

    石英晶振在电脑主板中的作用晶振一般叫做晶体谐振器,是石英晶体振荡器(Quartz Crystal Oscillator)的简称。主要用于稳定和选择频率。晶振和时

    11-29
  • 晶振要如何焊接

    晶振有哪些因素会致使其损坏1:生产过程种有摔落现象,意思是只晶振造成外界的过大冲击力,因为晶振晶片比较薄,需要轻拿轻放。2:晶振焊接到线路板上时候可能焊接温度过

    11-29
  • 电路板上二极管上的型号如何确定

    作为电路板上的二极管可以有四种方法确定它们的型号。第一种方法是看拆下二极管上的标识型号一般二极管在出厂时都会在其表面上印有其型号或者名称,比如有的二极管标有IN

    11-28
  • PCB设计中要不要去死铜?

    class="markdown_viewsprism-kimbie-light">PCB死铜也叫PCB孤岛,是指在PCB中孤立无连接的铜箔,一般都是在铺铜

    11-24
  • PCB线路与基材平齐制作工艺开发

    常规PCB的线路是突起于基材的,但也有些客户要求线路与基材介质尽可能平齐,降低线路突出裸露的程度。这类产品的特点通常为厚铜,且线宽线距都较大,需要对线路进行介质

    11-24
  • Altium designer实践总结

    这几天都在帮学姐画一块编码器的板子,完整的完成了一次从原理图到送制版PCB的过程。在此记录几个遇到的问题和一些操作的记录,真的是记不住,用一次查一次,以后回这里

    11-24
  • 双联电位器接线方法

    双联电位器双联电位器简单来说就是有两个三脚电位器构成,电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。双联电位器接线方法1、首先一般电位器接线操作首

    11-23
下载排行榜
更多
广告