高速板設(shè)計技術(shù)

高速板設(shè)計技術(shù)上海晟矽微電子股份有限公司綜述設(shè)計高速系統(tǒng)并不僅僅需要高速元件，更需要天才和仔細的設(shè)計方案。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，噪聲問題是一個最基本的考慮。高頻會產(chǎn)生輻射進而產(chǎn)生干擾。邊緣極值的速度可以產(chǎn)生振鈴，反射以及串擾。如果不加抑制的話，這些噪聲會嚴重損害系統(tǒng)的性能。設(shè)計原則本文講述了使用pcb－板設(shè)計高速系統(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)計準則；串擾（crosstalk）極其消除；電磁干擾（EMI）。

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

一：電源分配1：電源分配網(wǎng)絡作為動力源阻抗的作用；

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

一：電源分配2：電源分配網(wǎng)絡作為信號回路自然的信號返回線路；總線VS信號回路平面。一：電源分配2：電源分配網(wǎng)絡作為信號回路自然的信號返回線路電流環(huán)路產(chǎn)生電感，可以將其看作一個單圈電感。它會增強振鈴，串擾和輻射。電流環(huán)路電感及其帶來的問題隨著環(huán)路的大小增大而增大。為減小這些問題，需要減小環(huán)路的尺寸。一：電源分配2：電源分配網(wǎng)絡作為信號回路總線VS信號回路平面一個電源總線有著固定的線路。信號回路必須跟從這條線路，無論是否是最佳的路線。電源平面并沒有對電流施加天然的限制。于是返回信號可以取道最小阻抗的線路，也就是距離信號線最近的線路。這也就會產(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)計板面應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線。一：電源分配3：設(shè)計板面應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題同樣適用于脫離板面的電纜。每個信號都需要有一對電線：一條用于傳輸信號，一條用于傳輸返回信號。這兩條線應該盡量貼近以減小回路尺寸。一：電源分配3：設(shè)計板面應考慮電源分配分離模擬電源平面與數(shù)據(jù)電源平面；在信號交叉的接地平面放置跳線可以很好的解決問題。Jumper在斷點處為返回信號提供了橋梁；也使得回路的尺寸減小。一：電源分配3：設(shè)計板面應考慮電源分配避免重疊分離的板平面；當我們使用分離的電源平面的時候，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，電路就會有交疊的可能，會損害電路的分離性。一：電源分配3：設(shè)計板面應考慮電源分配隔開敏感元件有些設(shè)備，比如鎖相電路，對噪聲非常敏感。它們需要更高級別的隔離。在電源平面上沿設(shè)備周圍腐蝕出馬蹄形可以達到很好的隔離效果。所有進出該設(shè)備的信號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繞過馬蹄形地帶，不會靠近敏感元件。一：電源分配3：設(shè)計板面應考慮電源分配隔開敏感元件將電源總線靠近信號線。有時候，設(shè)計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線也同樣能夠減小回路的尺寸。二：傳輸信號線傳輸線分類；計算分散的負載；反射；反射定量化。二：傳輸信號線1：傳輸線分類帶狀線；微波傳輸線。二：傳輸信號線1：傳輸線分類帶狀線；

二：傳輸信號線1：傳輸線分類微波傳輸線

二：傳輸信號線2：計算分散的負載

如果負載分散在信號線上，負載設(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)應該等于基于新加入的電容CL計算出來的原值。二：傳輸信號線3：反射源產(chǎn)生的信號能量是由Z0歐姆決定的。即使線路本身好像是一個阻抗，但是它并不消耗能量。信號能量必須由負載阻抗（ZL）消耗。如果希望得到從源到負載的最大傳輸能量，則希望源阻抗與負載阻抗相等。也就是說要傳輸給ZL全部信號，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，以便補償“新”負載。

二：傳輸信號線4：反射定量化反射系數(shù)（KR）對于開路或者短路負載來說，全部的信號都反射了，沒有衰減。RK在短路情況下是一個負值。這表示反射信號與原信號是反向的。二：傳輸信號線4：反射定量化反射延遲二：傳輸信號線4：反射定量化反射消除ZL

=Z0

的時候反射就被消除，所以使得ZL

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

和錐形柄（Ts）。二：傳輸信號線5：傳輸線布局法則避免斷點

二：傳輸信號線5：傳輸線布局法則不要使用抽頭（stub）

和錐形柄（Ts）。三：串擾1：電容性串擾；電容性串擾指的是信號線之間產(chǎn)生的電容性質(zhì)的信號耦合。如果兩條信號線靠得太近，就可能產(chǎn)生這樣的串擾。電容性干擾也可以用分離電路的方法減小。信號線距離越遠，電容越小，干擾越小。另一個解決方案是在兩條相鄰的信號線之間加入一條地線。三：串擾2：電感性串擾線圈的尺寸和緊密程度；負載阻抗。三：串擾2：電感性串擾線圈的尺寸和緊密程度如果認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/信號回路線自然形成的，這樣的環(huán)路是不能打開的。但是，減小負載阻抗可以將干擾減小。

三：串擾3：串擾解決方法總結(jié)電容性和電感性干擾都隨著負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該為線阻抗做終端；將信號線分離，可以減小兩條信號線產(chǎn)生的電容耦合能量的大小。三：串擾3：串擾解決方法總結(jié)電容性耦合可通過用地線隔離的方法減小。為了起到良好效果，地線應該每隔λ/4英寸就與地平面連接；對電感性干擾，盡量減小環(huán)路大小。盡可能消除環(huán)路；對電感性干擾，避免出現(xiàn)共用信號回路的情況。四：電磁干擾（EMI）高速設(shè)備對電磁干擾更加敏感。它們會受到短時脈(glitch)的影響，而低速設(shè)備就會忽略這樣的影響。設(shè)計者可以通過屏蔽，過濾，避免環(huán)路，在可能的時候降低設(shè)備速度等方法減小EMI。環(huán)路（loops）過濾（filtering）四：電磁干擾（EMI）1：環(huán)路保證每條信號線的兩點之間只有一條路徑，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)路會自動產(chǎn)生地平面。使用地平面的時候，必須保證信號回路沒有阻塞。四：電磁干擾（EMI）2：過濾（filtering）EMI過濾器；鐵氧體噪聲干擾抑制器四：電磁干擾（EMI）2：過濾（filtering）EMI過濾器四：電磁干擾（EMI）2：過濾（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)備從定義上來講，就是傳輸時間比較短。因為短傳輸時間內(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?？偨Y(jié)整合穩(wěn)定電源和地（ground）；精心設(shè)計傳輸線，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,同時也不受其它設(shè)備的影響；E