高速板設(shè)計(jì)技術(shù)

高速板設(shè)計(jì)技術(shù)上海晟矽微電子股份有限公司綜述設(shè)計(jì)高速系統(tǒng)并不僅僅需要高速元件，更需要天才和仔細(xì)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)備模擬方面的重要性與數(shù)字方面是一樣的。在高速系統(tǒng)中，噪聲問(wèn)題是一個(gè)最基本的考慮。高頻會(huì)產(chǎn)生輻射進(jìn)而產(chǎn)生干擾。邊緣極值的速度可以產(chǎn)生振鈴，反射以及串?dāng)_。如果不加抑制的話，這些噪聲會(huì)嚴(yán)重?fù)p害系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)原則本文講述了使用pcb－板設(shè)計(jì)高速系統(tǒng)的一般原則，包括：電源分配系統(tǒng)及其產(chǎn)生的影響；傳輸線極其相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；串?dāng)_（crosstalk）極其消除；電磁干擾（EMI）。

一：電源分配1：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)力源阻抗的作用；電源總線法VS電源位面法；線路噪聲過(guò)濾；旁路電容的放置。

一：電源分配1：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)力源阻抗的作用；

一：電源分配1：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)力源電源總線法VS電源位面法；一：電源分配1：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)力源線路噪聲過(guò)濾；電源位面系統(tǒng)無(wú)法減小線路噪聲，這一任務(wù)由旁路電容完。一個(gè)10uf-1000uf的電容將被放在系統(tǒng)的電源接入端，板上每個(gè)芯片的電源腳與地線腳之間應(yīng)放置一個(gè)0.01uf-1uf的電容。一：電源分配1：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)力源旁路電容的放置

一：電源分配2：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為信號(hào)回路自然的信號(hào)返回線路；總線VS信號(hào)回路平面。一：電源分配2：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為信號(hào)回路自然的信號(hào)返回線路電流環(huán)路產(chǎn)生電感，可以將其看作一個(gè)單圈電感。它會(huì)增強(qiáng)振鈴，串?dāng)_和輻射。電流環(huán)路電感及其帶來(lái)的問(wèn)題隨著環(huán)路的大小增大而增大。為減小這些問(wèn)題，需要減小環(huán)路的尺寸。一：電源分配2：電源分配網(wǎng)絡(luò)作為信號(hào)回路總線VS信號(hào)回路平面一個(gè)電源總線有著固定的線路。信號(hào)回路必須跟從這條線路，無(wú)論是否是最佳的路線。電源平面并沒(méi)有對(duì)電流施加天然的限制。于是返回信號(hào)可以取道最小阻抗的線路，也就是距離信號(hào)線最近的線路。這也就會(huì)產(chǎn)生最小的電流回路，這正是高速系統(tǒng)需要的解決方案。一：電源分配3：設(shè)計(jì)板面應(yīng)考慮電源分配地線電纜的有效性；分離模擬電源平面與數(shù)據(jù)電源平面；避免重疊分離的板平面；隔開敏感元件隔開敏感元件將電源總線靠近信號(hào)線。一：電源分配3：設(shè)計(jì)板面應(yīng)考慮電源分配地線電纜的有效性

我們現(xiàn)在討論的回路尺寸問(wèn)題同樣適用于脫離板面的電纜。每個(gè)信號(hào)都需要有一對(duì)電線：一條用于傳輸信號(hào)，一條用于傳輸返回信號(hào)。這兩條線應(yīng)該盡量貼近以減小回路尺寸。一：電源分配3：設(shè)計(jì)板面應(yīng)考慮電源分配分離模擬電源平面與數(shù)據(jù)電源平面；在信號(hào)交叉的接地平面放置跳線可以很好的解決問(wèn)題。Jumper在斷點(diǎn)處為返回信號(hào)提供了橋梁；也使得回路的尺寸減小。一：電源分配3：設(shè)計(jì)板面應(yīng)考慮電源分配避免重疊分離的板平面；當(dāng)我們使用分離的電源平面的時(shí)候，不要將數(shù)字電路的電源平面與模擬電路的電源平面重疊。將數(shù)字電路的電源平面與模擬電路的電源平面分開的目的是將數(shù)字電路與模擬電路分開。如果板平面交疊，電路就會(huì)有交疊的可能，會(huì)損害電路的分離性。一：電源分配3：設(shè)計(jì)板面應(yīng)考慮電源分配隔開敏感元件有些設(shè)備，比如鎖相電路，對(duì)噪聲非常敏感。它們需要更高級(jí)別的隔離。在電源平面上沿設(shè)備周圍腐蝕出馬蹄形可以達(dá)到很好的隔離效果。所有進(jìn)出該設(shè)備的信號(hào)都由馬蹄形一端的窄小通路傳輸。電源平面上電流噪聲將會(huì)繞過(guò)馬蹄形地帶，不會(huì)靠近敏感元件。一：電源分配3：設(shè)計(jì)板面應(yīng)考慮電源分配隔開敏感元件將電源總線靠近信號(hào)線。有時(shí)候，設(shè)計(jì)者不得不使用雙層板，不能使用電源平面而要用電源總線。即使如此，將電源總線靠近信號(hào)線也同樣能夠減小回路的尺寸。二：傳輸信號(hào)線傳輸線分類；計(jì)算分散的負(fù)載；反射；反射定量化。二：傳輸信號(hào)線1：傳輸線分類帶狀線；微波傳輸線。二：傳輸信號(hào)線1：傳輸線分類帶狀線；

二：傳輸信號(hào)線1：傳輸線分類微波傳輸線

二：傳輸信號(hào)線2：計(jì)算分散的負(fù)載

如果負(fù)載分散在信號(hào)線上，負(fù)載設(shè)備的電容也分布在線上，使得線電容加大。這樣的改變影響了Z0和tPD。新的參數(shù)應(yīng)該等于基于新加入的電容CL計(jì)算出來(lái)的原值。二：傳輸信號(hào)線3：反射源產(chǎn)生的信號(hào)能量是由Z0歐姆決定的。即使線路本身好像是一個(gè)阻抗，但是它并不消耗能量。信號(hào)能量必須由負(fù)載阻抗（ZL）消耗。如果希望得到從源到負(fù)載的最大傳輸能量，則希望源阻抗與負(fù)載阻抗相等。也就是說(shuō)要傳輸給ZL全部信號(hào)，ZL必須與Z0相等。如果它們不相等，則有一部分能量將損耗，另外還有一部分回成為反射返回源。源發(fā)生器將調(diào)整輸出，以便補(bǔ)償“新”負(fù)載。

二：傳輸信號(hào)線4：反射定量化反射系數(shù)（KR）對(duì)于開路或者短路負(fù)載來(lái)說(shuō)，全部的信號(hào)都反射了，沒(méi)有衰減。RK在短路情況下是一個(gè)負(fù)值。這表示反射信號(hào)與原信號(hào)是反向的。二：傳輸信號(hào)線4：反射定量化反射延遲二：傳輸信號(hào)線4：反射定量化反射消除ZL

=Z0

的時(shí)候反射就被消除，所以使得ZL

=Z0非常必要。二：傳輸信號(hào)線5：傳輸線布局法則避免斷點(diǎn)；不要使用抽頭（stub）

和錐形柄（Ts）。二：傳輸信號(hào)線5：傳輸線布局法則避免斷點(diǎn)

二：傳輸信號(hào)線5：傳輸線布局法則不要使用抽頭（stub）

和錐形柄（Ts）。三：串?dāng)_1：電容性串?dāng)_；電容性串?dāng)_指的是信號(hào)線之間產(chǎn)生的電容性質(zhì)的信號(hào)耦合。如果兩條信號(hào)線靠得太近，就可能產(chǎn)生這樣的串?dāng)_。電容性干擾也可以用分離電路的方法減小。信號(hào)線距離越遠(yuǎn)，電容越小，干擾越小。另一個(gè)解決方案是在兩條相鄰的信號(hào)線之間加入一條地線。三：串?dāng)_2：電感性串?dāng)_線圈的尺寸和緊密程度；負(fù)載阻抗。三：串?dāng)_2：電感性串?dāng)_線圈的尺寸和緊密程度如果認(rèn)為感性干擾是由形成線圈的環(huán)路產(chǎn)生的，解決的辦法是將環(huán)路打開。很不幸，這樣的環(huán)路很難定位。如果干擾是由于信號(hào)/信號(hào)回路線自然形成的，這樣的環(huán)路是不能打開的。但是，減小負(fù)載阻抗可以將干擾減小。

三：串?dāng)_3：串?dāng)_解決方法總結(jié)電容性和電感性干擾都隨著負(fù)載阻抗的增大而增大。所以，所有可能產(chǎn)生干擾干擾的線都應(yīng)該為線阻抗做終端；將信號(hào)線分離，可以減小兩條信號(hào)線產(chǎn)生的電容耦合能量的大小。三：串?dāng)_3：串?dāng)_解決方法總結(jié)電容性耦合可通過(guò)用地線隔離的方法減小。為了起到良好效果，地線應(yīng)該每隔λ/4英寸就與地平面連接；對(duì)電感性干擾，盡量減小環(huán)路大小。盡可能消除環(huán)路；對(duì)電感性干擾，避免出現(xiàn)共用信號(hào)回路的情況。四：電磁干擾（EMI）高速設(shè)備對(duì)電磁干擾更加敏感。它們會(huì)受到短時(shí)脈(glitch)的影響，而低速設(shè)備就會(huì)忽略這樣的影響。設(shè)計(jì)者可以通過(guò)屏蔽，過(guò)濾，避免環(huán)路，在可能的時(shí)候降低設(shè)備速度等方法減小EMI。環(huán)路（loops）過(guò)濾（filtering）四：電磁干擾（EMI）1：環(huán)路保證每條信號(hào)線的兩點(diǎn)之間只有一條路徑，這樣可以避免人為的環(huán)路；盡可能使用地平面。最小的自然電流環(huán)路會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生地平面。使用地平面的時(shí)候，必須保證信號(hào)回路沒(méi)有阻塞。四：電磁干擾（EMI）2：過(guò)濾（filtering）EMI過(guò)濾器；鐵氧體噪聲干擾抑制器四：電磁干擾（EMI）2：過(guò)濾（filtering）EMI過(guò)濾器四：電磁干擾（EMI）2：過(guò)濾（filtering）鐵氧體噪聲干擾抑制器四：電磁干擾（EMI）3：設(shè)備速度在一定的頻率范圍內(nèi)，設(shè)備的能量越小，這一頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的噪聲越小。高速設(shè)備從定義上來(lái)講，就是傳輸時(shí)間比較短。因?yàn)槎虃鬏敃r(shí)間內(nèi)高頻范圍的能量比較大，所以高速設(shè)備更容易產(chǎn)生高頻噪聲。總結(jié)整合穩(wěn)定電源和地（ground）；精心設(shè)計(jì)傳輸線，消除反射；精心規(guī)劃，減小電容性和電感性crosstalk；為滿足輻射限制，采取噪聲干擾抑制器?？破誆MI(ElectroMagneticInterference)電磁干擾：指某電子設(shè)備既不干擾其它設(shè)備,同時(shí)也不受其它設(shè)備的影響；E