什么是高速PCB设计?

in #life7 years ago (edited)

简而言之,高速PCB设计是指电路板相关的物理尺寸(比如布局,封装,叠层,走线等)能够影响到信号的完整性。因而所设计的电路板信号会遭到延迟,衰减,串扰,反射或者辐射等问题。在高速PCB设计中往往需要注意的是怎样走线,走线宽度,走线间距,元件特性等


信号及信号完整性
信号通常涉及到两种信号,一种是数字信号,一种是模拟信号。
数字信号通常只有两种状态0或1或者on或off。

模拟信号则是具有一系列连续变化的值,通常有信号长度与频率。

无论是数字信号还是模拟信号,它们都有一个接口,这也是信号完整性(SI)的主要来源。当信号受环境影响时,问题就来了。举个例子,信号在A和B之间传输时,有可能发生以下情形影响了传输,产生信号完整性问题。

  • 反射。信号还未到达目的地,就有一部分被反射了回来。
  • 振铃。电压或电流的抖动,进而增加电流消耗或者增加信号延迟。
    1280px-High_accuracy_settling_time_measurements_figure_1.png
  • 噪声。由于其它信号的干扰,破坏了现有信号的完整性。
  • 串扰。由于走线过近,导致相邻信号发生了串扰。
  • 时序问题。不能与时钟同步,从而本来需要被传输0,结果传输了1。

所以信号完整性就是解决信号在传输过程中产生上述完整性的问题。


高速PCB设计中三大问题

  • 时序。
  • 完整性。
  • 噪声。

而同时对应着三条解决方案

  • 阻抗匹配。对信号完整性有很大的帮助。
  • 等长。有利于时钟同步,在DDR, SATA, PCI Express, HDMI, 和USB应用中很是关键。
  • 走线间距。尽量拉开走线间距,以减小信号噪声的问题。

如何区分是否是高速PCB设计呢?
通常看是什么设备。比如母板,移动电话板,DSL路由器板就肯定是。再一个是看接口,比如HDMI, PCI Express, USB或者SATA也是高速设计。

还有一点就是,相关的设计是集总电路系统还是分布式电路系统。它们有什么区别呢?如果信号长度相对于电路系统来说很大,就是集总电路系统,集总电路系统即为非高速系统,否则就是分布式电路系统,也就是高速系统。
因而走线长度是高速信号的重要需要考虑的地方。
也就是如果PCB设计的很大,并且走线很长,即使是低速系统也需要以高速设计来对待。


参考文章
What Is High Speed PCB Design?

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