PCB设计指南如何提高信号完整性
文章：肯纳蒂亚
精心设计的PCB将避免由于衰减和阻抗中断而导致的信号劣化，这将确保强大的信号完整性。
PCB设计指南被创建为电路设计工程师满足行业标准的基准。遵循这些指导方针将确保更好的可制造性和稳健的产品性能。
设计指南的概述是为了提高产品的可测试性和可制造性。它们提供了改进PCB信号完整性和电磁兼容(EMC)的建议，从而增强产品的整体性能。
本文将概述各种PCB设计指南，以提高PCB的信号完整性。遵循这些指导方针将有助于工程师的稳健PCB制造．
pcb中的信号完整性
信号完整性是指电信号从驱动器通过传输线传输到接收机而不发生任何失真的能力。失真信号会对电路板上的相邻信号产生噪声，降低电路的整体工作效率。在高速电路的情况下，信号失真变得重要，并可能损害PCB的整体性能。
因此，设计符合必要的监管标准的PCB是很重要的。设计良好的PCB具有强大的信号完整性，将避免由于衰减、地反弹和阻抗中断而导致的任何信号退化。
如果电路设计仅包括低速信号，则几乎没有信号完整性问题来管理。但是在高速设计中，由于较短的上升时间要求，信号变得扭曲。因此，我们需要了解一些信号完整性问题，以了解推荐的PCB设计指南。
- 反射
由源到接收器发送的信号功率的一部分的过程被称为反射的轨迹反射回源。它导致振荡并因此信号失真。每当电路中存在阻抗变化时，信号迹线将存在反射效果。反过来，增加了过冲和溢出问题。
- 响铃，过冲和欠潮
响是由于PCB迹线中的信号反射，发生了一个过程，其中发生了由于PCB迹线中的信号反射而发生电压或电流信号。如果发送信号的值大于上升信号中的实际值，则发生过冲。类似地，当发送信号低于下降信号中的实际值时，发生下冲。所有这些过程使PCB中的发送信号扭曲。
- 相声
在高速设计中，紧密路由的相邻万博投注网址信号可以无意地影响彼此，导致信号失真。这种失真主要是由于PCB中的电气或磁场的耦合。在电路板的相邻层中路由的信号之间也可能发生串扰。
- 信号衰减
通过PCB导体从源传输到负载的信号经历由于PCB的轨道电阻和介电损耗而导致的信号衰减或能量损失。在高频时，信号衰减要高得多，需要先前的设计考虑来处理问题。
- 传播延迟和信号偏斜
在PCB跟踪上，信号的传播延迟是特定信号从源传输到负载所花费的时间。它取决于PCB的介电常数和轨迹几何。当存在延迟失配时，信号偏倚出现在一组信号中。在电路设计中，在时钟和数据信号的情况下，它显著地影响性能。
- 地面弹跳或同时开关噪音
当多个组件同时在PCB上的高、低状态之间切换时，电源和接地路径上的电压会下降。这导致元件的电源和接地引脚电压降低。这也会降低噪声裕度，这可能会导致电路的错误开关。
信号完整性的PCB指南
线路阻抗中的不连续导致上面提到的大多数信号完整性问题。发生这种阻抗不连续性，同时在迹线的分支的情况下路由信号，返回信号路径的分割，以及路径中的通孔或短截线。
减少阻抗失配导致的信号失真的指导原则如下:
- 在源提供正确的终端电阻。
- 使用较小的微通孔可显着降低通过通孔和短截线引起的信号失真。
- 保留最小迹线长度为存根。
- 避免痕迹分支并使用适当的路由拓扑。
减少串扰效应的设计指南如下：
- 在适用的设计部分使用差分信号可以消除串扰效应。
- 最小化并行路由信号的长度。
- 根据路由指南，在允许的最大距离上间隔出相邻的信号。
- 确保传输线与接地点足够近，避免相邻信号发生不必要的耦合。
- 相邻平面信号的正交路由可以在很大程度上避免串扰。
以下是减少信号衰减问题的设计指引:
- 选择低损耗介电材料和最佳电阻迹线，以减少信号衰减误差。
- 在设计中使用放大器和中继器有助于增强信号强度。
以下是减少传播延迟和信号倾斜的设计准则:
- 避免具有较大介电常数的基板，以帮助降低信号的传播延迟。
- 通过正确的跟踪长度匹配，可以最大限度地减小信号总线的偏差。
下面列出了减少地面反弹和切换噪声问题的设计指南：
- 当决定板层的堆叠时，将电源和接地面靠近彼此。
- 去耦电容器不是可选的，必须在本地地面上实现。
- 更好地将解耦盖放在部件销附近，如果可能的话，使用带有短引线的设备包。
- 添加必要的电流限制电阻以避免短路或过载。
本文演示了如何做到这一点PCB设计指南可以帮助提高电路板的信号完整性。它涉及一系列的步骤，如基板选择、堆叠设计、组件考虑和布局设计。此外，可以使用多种模拟工具来分析PCB的信号完整性问题。因此，仔细地遵循所有这些指导方针将导致PCB具有改进的信号完整性和持久性能。
这篇文章最初发表于行星模拟．
肯·格纳西亚是s爱丽斯工程师Technotronix．
