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而玉景珏的目光时不▽时地就落在招凝身上似乎在反复确认着什么高速 PCB 设计如何保证信↘号完整性看这一文7个技『巧总结秒懂2023-10-27 18:29·百芯EMA大家好我是百芯 EMA可以叫我老百姓（老百芯）百芯EMA - 在线免费PCBA制造仿真分析SaaS平台：PCB/PCBA 3D仿真+BOM物料管理+PCB/PCBA DFM 可制造性分析今天给大家分享的是：高速 PCB 设计主要是关于 4 个高速 PCB 设计常见术语和保证信号完整性的3 种常见技术介〓绍一、高速 PCB 设计常见术语1、转换率这里要明白一个点不存在从关到开的瞬时转变电压必◥须是从低电平转换到高电平虽然速度很快但也会通过这中间的所有电压在转换器期间的某个时间点它是1.8V而在另一个〓时间点是2.5V电压从低状态转变到高状态的速度称为转换速率2、速度电信号也有速度限制-光速光速非常快↑考虑到1GHz 信号的▲周期为 1ns（1 纳秒）光的传播速度约为 0.3 m/ns即 30 cm/ns意味着在 30 cm 长的导◣体上当下一个时钟脉冲在其开始处生成时1GHz 信号的第一个时钟脉冲刚刚到达导体的另一端假设为 3GHz当第一个脉冲到达导体的另一♂端时时钟信号源已经生成第三个脉冲如果是 3GHz30cm 导体意味↑着单个 30cm 导体在其长度内包含3 个脉冲、3 个高状态和低状态信号传输不是瞬时3、可靠性每当电☆流通过导体时就会在导体周围产生磁场相反当磁场穿过导体时会在该导体内产生电压因此电路中的所有导体（通常是 PCB上的走线）都能产生和◆接受电磁干扰可能会导致走线传输的信号失真PCB上的每个轨道也可以被视为一个小型无线↙电天线能够生成和接受无线电信号可能会使轨道承载的信号失真4、阻抗在上面已经讲到过电信号不是瞬时实际∑上在导体中以波的形式传播在 3GHz / 30cm 迹线示◆例中任何给定时间导体内都有 3 个波（波峰和波谷）波会受到各种现象的↑影响其中对我们来说最重要的是反射这里想象一下我们的导体就像充满水的运河/通道波在㊣　通道的一端产生并沿着通道（以接近光速）传播到另一端通道本来有100cm宽但在某个时刻突然变窄到只有1cm宽当我Ψ 们的波到达突然变窄的部分（本质上是一堵有小缝隙的墙壁）大部分波会被反弹回来狭窄的部分（墙壁）并向后朝向发射器由于宽度变化々而产生的波反射如果运河/通道内有多个狭窄部分就会有多次反射反弹干扰信号信号的大部分能量也不会到达接收器（至少不会在正确的时间）因此重要的是通道的宽度/高度沿其长度尽可能保持恒定避免反射宽度的多次变化会降低信号质量也就是阻抗是导体☉的电阻、电容和电感的函数对于高速设计我们希望走线的阻抗沿其长度尽可能保持一致另外一件需要考虑的事情特别是在总线拓扑中◥我们希望在接收器处停止波而不是让它再次反弹这通常是通过终端电阻来实现的终端电阻会吸收末端波的能量总线（例如RS485）二、信号完整性在设计电路时需要考虑回转、速度、磁干扰和阻抗在 PCB 设计过程中考虑阻信号完整性意▓味着要考虑所有的这些因素并且在PCB上采取适当的对策下面是 PCB 设计中使用的几种常见技术1、长度匹配轨道当我们的通信信号使用多条线路时例如时钟和数据可能具有8条/更多数据线的》并行总线那就必须确保信号全部到达接收器同时现在已经知道电信号不※会瞬时传播那我们〖就可以理解如果多个信号在不同长度的轨道上传播那么将在不同时间到达接收器（即使它们是在完全相同的时间传输的）不均匀的轨道长度可能会导致接收器发出不正确的信号考虑具有条时钟线（C）和2条数据线（A和B）的通信方案如果数据线B的长度比数据线⌒　A的长度长的多则B线上时钟脉冲#1的信号可能与B线上时钟脉冲#2的信号同时到达接收器一条线路到达接收器一条线路到达那里完全扭曲和破坏了通讯轨道 A 和 B 的长度不同另一种可视化的方法是想象很多人在两条不同的跑道上跑步每个人只能携带一半的信息并且信息会在终点线重新组装如果人以相同的速度行进并且轨道的长度相同那么将同时到达目』的地并且接收者可以正确地重新组装文件但是如果轨道长度不同那么人不会同时到达文件没有办法很容易就重新组装因此多线通信信号中的轨道长度相同非常重要也就是轨道长度匹配或者网络调谐这里特意增加了轨道A的长度以便从源到接收器的距离与轨道B相同2、差分对差分对是一种高度不受电磁干扰的通信技术最常见且最容易识别的是实现USB另一种实现差」分对的技术是RS485差分对在两个平行导体上使用推拉技术-一个推另一个拉如果一条线为高那么另一条线一定为低反之亦然差分对中的信号通过任一导体上的电压之间的差来测量差分对的布线严格彼此平行且同相除了轨道长度匹配之外同相要求意味着如果差分对绕过一个弯曲（导致外轨道比内轨」道采用更长的路径）那么内轨道必须人为低添加一点额外的长度尽快回到其轨道以便尽快使平行对的起点/终点的总距离再次均衡弯曲差分对的布线添加轨道以保持配对同相添加轨道以保持配对同相差分对可能遇到的干扰都应该同等地影响两█条轨道这样它们之前的差异才能保持恒定且可靠保持轨道相同非常重要如果轨道总的某一特定点受到电磁干扰就会以相同的方式影响并行信号如果信号异相则信号一侧的峰值可能受到影响而信号另一侧的波谷可能受到影响只要两条ㄨ信号线同相干扰就会同等影响它们3、过孔缝合和屏蔽通孔屏蔽是一种屏蔽轨道免受产生和接收电磁干扰的技术电源层（也称为接地层或覆铜层）被放置在多个 PCB 层上围绕一个或多个轨道然后使用过孔将这些电源层层缝合在一起从而产生以下效果通过屏蔽差分对轨道较高的转换速率（信号从高到低或反之¤亦然）转换的速度比较低的转换速率产生更多的电磁噪声压摆率本身通常在芯片数据表中指定（有时是可配置●的例如某些微控制器）因此不是由 PCB 设计阶段决定的但在屏蔽方面可以对已知高压摆率的信号进行屏蔽过孔缝合用于将两个电源层缝合在一起这样做的原因之一是为信号提供短的返回路径这对于阻抗匹配等很重要以上就是关于 高速 PCB 设计的内容希望大家多多支持我们 EMA原文链接：https://www.labcenter.com/blog/pcb-highspeed-intro/