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高速PCB设计 当前位置:深圳PCB抄板|芯片解密|IC解密|单片机解密-【世纪芯】 >> PCB设计 >> 高速PCB设计

    世纪芯为您提供高速PCB设计业务,所谓高速PCB设计通常指一块PCB板中如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3、甚至1/2)。
    1 、电子、通讯、数码消费类产品的高速、高密、数模混合等PCB设计。
    2 、新工艺、新技术的 PCB 设计(如柔性板、刚柔结合板、HDI、盲埋孔等)。
    3 、优秀的PCB设计团队,主流PCB设计软件的支持,正版 软件授权。
    4 、通过ISO9001:2000认证,CPCA会员单位、深圳市高新技术企业。
高速PCB设计指南
(一)、电子系统设计所面临的挑战
随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高,电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计,总线的工作频率也已经达到或者超过50MHZ,有的甚至超过100MHZ。目前约50% 的设计的时钟频率超过50MHz,将近20% 的设计主频超过120MHz。
当系统工作在50MHz时,将产生传输线效应和信号的完整性问题;而当系统时钟达到120MHz时,除非使用高速电路设计知识,否则基于传统方法设计的PCB将无法工作。因此,高速电路设计技术已经成为电子系统设计师必须采取的设计手段。只有通过使用高速电路设计师的设计技术,才能实现设计过程的可控性。
(二)、什么是高速电路
通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3),就称为高速电路。
实际上,信号边沿的谐波频率比信号本身的频率高,是信号快速变化的上升沿与下降沿(或称信号的跳变)引发了信号传输的非预期结果。因此,通常约定如果线传播延时大于1/2数字信号驱动端的上升时间,则认为此类信号是高速信号并产生传输线效应。
信号的传递发生在信号状态改变的瞬间,如上升或下降时间。信号从驱动端到接收端经过一段固定的时间,如果传输时间小于1/2的上升或下降时间,那么来自接收端的反射信号将在信号改变状态之前到达驱动端。反之,反射信号将在信号改变状态之后到达驱动端。如果反射信号很强,叠加的波形就有可能会改变逻辑状态。
(三)、高速信号的确定
上面我们定义了传输线效应发生的前提条件,但是如何得知线延时是否大于1/2驱动端的信号上升时间? 一般地,信号上升时间的典型值可通过器件手册给出,而信号的传播时间在PCB设计中由实际布线长度决定。下图为信号上升时间和允许的布线长度(延时)的对应关系。
PCB 板上每单位英寸的延时为 0.167ns.。但是,如果过孔多,器件管脚多,网线上设置的约束多,延时将增大。通常高速逻辑器件的信号上升时间大约为0.2ns。如果板上有GaAs芯片,则最大布线长度为7.62mm。
设Tr 为信号上升时间, Tpd 为信号线传播延时。如果Tr≥4Tpd,信号落在安全区域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd,信号落在不确定区域。如果Tr≤2Tpd,信号落在问题区域。对于落在不确定区域及问题区域的信号,应该使用高速布线方法。
(四)、什么是传输线
PCB板上的走线可等效为下图所示的串联和并联的电容、电阻和电感结构。串联电阻的典型值0.25-0.55 ohms/foot,因为绝缘层的缘故,并联电阻阻值通常很高。将寄生电阻、电容和电感加到实际的PCB连线中之后,连线上的最终阻抗称为特征阻抗Zo。线径越宽,距电源/地越近,或隔离层的介电常数越高,特征阻抗就越小。如果传输线和接收端的阻抗不匹配,那么输出的电流信号和信号最终的稳定状态将不同,这就引起信号在接收端产生反射,这个反射信号将传回信号发射端并再次反射回来。随着能量的减弱反射信号的幅度将减小,直到信号的电压和电流达到稳定。这种效应被称为振荡,信号的振荡在信号的上升沿和下降沿经常可以看到。
(五)、传输线效应"
基于上述定义的传输线模型,归纳起来,传输线会对整个电路设计带来以下效应。
·反射信号
·延时和时序错误
· 多次跨越逻辑电平门限错误
· 过冲与下冲
· 串扰
· 电磁辐射
    高速PCB设计是一个非常复杂的设计过程,在设计时需要考虑很多因素,这些因素有时互相对立:如高速器件布局时位置靠近,虽可以减少延时,但可能产生串扰和显著的热效应。因此,我们在设计中,权衡各种因素,做出全面的折衷考虑:既满足高速PCB设计要求,又降低设计复杂难度。我们对高速PCB设计手段的采用,构成了设计过程的可控性。只有可控的,才是可靠的,也才会是成功的!