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本人的高速板学习小经验

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慧龙 发表于 2010-8-13 11:39:17 | 显示全部楼层 |阅读模式

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推荐(大部分摘自 实例解析PCB设计技巧)
高速电路定义:通常认为,如果如果数字逻辑电路的频率达到45~50MHz,而且工作在此频率上的电路占到整个系统的一定比例(如1/3),就成为高速电路。

高速信号定义:通常约定,如果导线传播时延大于数字信号驱动端上升时间的1/2,则认为此类信号是高速信号,并产生传输线效应。

信号的传播时延通常是由PCB上的实际布线长度决定的,PCB上每英寸的时延值为0.167ns。但是,如果过孔和器件管脚多,布线设置的约束多,时延值将增大。通常高速逻辑器件的信号上升时间是0.2ns。如果板上有砷化镓(GaAs)芯片,则最大布线长度为7.62mm。

传输线效应

传输线是由两个具有一定长度的导体组成,一个导体发送信号,另一个接受信号。在多层板中,每一条线路都是传输线的组成部分,一条线路成为良好的传输线的关键是:它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。
PCB上的传输线可以等效为串联合并联的电阻,电容和电感结构。
串联电阻的典型值是0.25~0.55欧姆/in,当然其具体值由铜皮厚度和线宽决定。
传输线会对整个电路带来以下效应:
1:反射信号。产生原因:过长的走线,终端未被匹配。
2:延时和时序错误。产生原因:驱动过载,走线过长。
3 :多次跨越逻辑电平门限错误。产生原因:信号的震荡发生在逻辑电平门限附近,导致逻辑功能混乱。
4:振铃效应。产生原因:终端未被匹配,导致信号在发送端与接受端多次来回反射。
5:过冲与下冲。产生原因:走线过长或者信号变化太快。
6:串扰。产生原因:信号线距离地线过远,线间距过小,异步信号和时钟信号更容易产生串扰。解决办法是,一开产生串扰的信号或是屏蔽被严重干扰的信号。
7:电磁辐射(EMI)

高速PCB设计策略
现在,高速电路设计的流程通常是:布局---预布线仿真---改变布局---后布线仿真,直到仿真结果符合要求才开始布线。
线宽和线距是影响走线密度的两个重要因素。在设计高速电路板时,布线前需要先确定走线的特性阻抗,在PCB叠层固定的情况下,特性阻抗会决定出合适的线宽,而线距和串扰大小有绝对关系,最小线距,决定了串扰对信号延时与信号完整性的影响是否可以被接受,可以通过预仿真得到最小线距值。也就是说,在布线前需要的线宽和最小线距已经确定好了,并且不能随意改动。

针对传输线效应,有以下控制这些影响的方法:
1:严格控制导线的走线长度
如果采用CMOS或TTL电路进行设计,工作频率小与10MHz,布线长度不应大于7in;工作频率为50MHz,布线长度不应大于1.5in;工作频率达到或是超过75MHz,布线长度不应超过1in。对于砷化镓(GaAs)芯片,最大长度应为0.3in。如果超过这个标准就存在传输线问题。
2:合理规划走线的拓扑结构
PCB走线的两种基本拓扑结构:菊花链(DAISY CHAIN)布线和星型布线。
在控制信号的高次谐波干扰方面,菊花连走线效果更好,但是这种走线的布通率最低。
星型拓扑结构可以有效的避免始终信号的不同步问题
3:抑制电磁干扰
解决信号的完整性问题,最重要的时保证PCB有很好的接地。此外,使电路板的最外层信号的密度最小也是减小电磁辐射的好方法。
4:其他可以采用的技术
去耦电容消除过冲和下冲。
增加电源层和底层。
高速器件布局是尽量靠近,可以减少延时,但同时可能产生串扰和显著的热效应。

实际应用中的终端匹配:
1:RC终端匹配
2:串联电阻终端匹配
3:分离匹配终端方式
*滑块验证:
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