高速PCB设计指南 及解决SI问题的几种方法,在此忽略设计过程的技术细节 1、SI问题的提出 随着IC输出开关速度的提高,不管信号周期如何,几乎所有设计都遇到了信号完整性 问题。即使过去你没有遇到SI问题,但是随着电路工作频率的提高,今后一定会遇到信号 完整性问题。 信号完整性问题主要指信号的过冲和阻尼振荡现象,它们主要是IC驱动幅度和跳变时 间的函数。也就是说,即使布线拓扑结构没有变化,只要芯片速度变得足够快,现有设计也 将处于临界状态或者停止工作。我们用两个实例来说明信号完整性设计是不可避免的。 实例之一:在通信领域,前沿的电信公司正为语音和数据交换生产高速电路板(高于 500MHz),此时成本并不特别重要,因而可以尽量采用多层板。这样的电路板可以实现充分 接地并容易构成电源回路,也可以根据需要采用大量离散的端接器件,但是设计必须正确, 不能处于临界状态 SI和EMC专家在布线之前要进行仿真和计算,然后,电路板设计就可以遵循一系列非 常严格的设计规则,在有疑问的地方,可以增加端接器件,从而获得尽可能多的SI安全裕 量。电路板实际工作过程中,总会出现一些问题,为此,通过采用可控阻抗端接线,可以避 免出现SI问题。简而言之,超标准设计可以解决SI问题 实例之二:从成本上考虑,电路板通常限制在四层以内(里面两层分别是电源层和接地层)。 这极大限制了阻抗控制的作用。此外,布线层少将加剧串扰,同时信号线间距还必须最小以 布放更多的印制线。另一方面,设计工程师必须采用最新和最好的CPU、内存和视频总线设 计,这些设计就必须考虑SI问题。 关于布线、拓扑结构和端接方式,工程师通常可以从CPU制造商那里获得大量建议, 然而,这些设计指南还有必要与制造过程结合起来。在很大程度上,电路板设计师的工作比 电信设计师的工作要困难,因为增加阻抗控制和端接器件的空间很小。此时要充分研究并解 决那些不完整的信号,同时确保产品的设计期限。 下面介绍设计过程通用的SI设计准则 设计前的准备工作 在设计开始之前,必须先行思考并确定设计策略,这样才能指导诸如元器件的选择、工 艺选择和电路板生产成本控制等工作。就SI而言,要预先进行调研以形成规划或者设计准 则,从而确保设计结果不出现明显的SI问题、串扰或者时序问题。有些设计准则可以由IC 制造商提供,然而,芯片供应商提供的准则(或者你自己设计的准则)存在一定的局限性,按 照这样的准则可能根本设计不了满足SI要求的电路板。如果设计规则很容易,也就不需要 设计工程师了 在实际布线之前,首先要解决下列问题,在多数情况下,这些问题会影响你正在设计(或 者正在考虑设计)的电路板,如果电路板的数量很大,这项工作就是有价值的 3、电路板的层叠 某些项目组对PCB层数的确定有很大的自主权,而另外一些项目组却没有这种自主权 因此,了解你所处的位置很重要。与制造和成本分析工程师交流可以确定电路板的层叠误差, 这时还是发现电路板制造公差的良机。比如,如果你指定某一层是50Ω阻抗控制,制造商 怎样测量并确保这个数值呢? 其他的重要问题包括:预期的制造公差是多少?在电路板上预期的绝缘常数是多少?线高速 PCB 设计指南 - 10 - 及解决 SI 问题的几种方法，在此忽略设计过程的技术细节。 1、SI 问题的提出 随着 IC 输出开关速度的提高，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性 问题。即使过去你没有遇到 SI 问题，但是随着电路工作频率的提高，今后一定会遇到信号 完整性问题。 信号完整性问题主要指信号的过冲和阻尼振荡现象，它们主要是 IC 驱动幅度和跳变时 间的函数。也就是说，即使布线拓扑结构没有变化，只要芯片速度变得足够快，现有设计也 将处于临界状态或者停止工作。我们用两个实例来说明信号完整性设计是不可避免的。 实例之一：在通信领域，前沿的电信公司正为语音和数据交换生产高速电路板(高于 500MHz)，此时成本并不特别重要，因而可以尽量采用多层板。这样的电路板可以实现充分 接地并容易构成电源回路，也可以根据需要采用大量离散的端接器件，但是设计必须正确， 不能处于临界状态。 SI 和 EMC 专家在布线之前要进行仿真和计算，然后，电路板设计就可以遵循一系列非 常严格的设计规则，在有疑问的地方，可以增加端接器件，从而获得尽可能多的 SI 安全裕 量。电路板实际工作过程中，总会出现一些问题，为此，通过采用可控阻抗端接线，可以避 免出现 SI 问题。简而言之，超标准设计可以解决 SI 问题。 实例之二：从成本上考虑，电路板通常限制在四层以内(里面两层分别是电源层和接地层)。 这极大限制了阻抗控制的作用。此外，布线层少将加剧串扰，同时信号线间距还必须最小以 布放更多的印制线。另一方面，设计工程师必须采用最新和最好的 CPU、内存和视频总线设 计，这些设计就必须考虑 SI 问题。 关于布线、拓扑结构和端接方式，工程师通常可以从 CPU 制造商那里获得大量建议， 然而，这些设计指南还有必要与制造过程结合起来。在很大程度上，电路板设计师的工作比 电信设计师的工作要困难，因为增加阻抗控制和端接器件的空间很小。此时要充分研究并解 决那些不完整的信号，同时确保产品的设计期限。 下面介绍设计过程通用的 SI 设计准则。 2、设计前的准备工作 在设计开始之前，必须先行思考并确定设计策略，这样才能指导诸如元器件的选择、工 艺选择和电路板生产成本控制等工作。就 SI 而言，要预先进行调研以形成规划或者设计准 则，从而确保设计结果不出现明显的 SI 问题、串扰或者时序问题。有些设计准则可以由 IC 制造商提供，然而，芯片供应商提供的准则(或者你自己设计的准则)存在一定的局限性，按 照这样的准则可能根本设计不了满足 SI 要求的电路板。如果设计规则很容易，也就不需要 设计工程师了。 在实际布线之前，首先要解决下列问题，在多数情况下，这些问题会影响你正在设计(或 者正在考虑设计)的电路板，如果电路板的数量很大，这项工作就是有价值的。 3、电路板的层叠 某些项目组对 PCB 层数的确定有很大的自主权，而另外一些项目组却没有这种自主权， 因此，了解你所处的位置很重要。与制造和成本分析工程师交流可以确定电路板的层叠误差， 这时还是发现电路板制造公差的良机。比如，如果你指定某一层是 50Ω 阻抗控制，制造商 怎样测量并确保这个数值呢？ 其他的重要问题包括：预期的制造公差是多少？在电路板上预期的绝缘常数是多少？线