電路設計 - 與高速PCB設計相關的十大重要知識共享

在研究 高速PCB 設計, 有許多知識點需要理解和掌握, 例如公共信號完整性, 反射, 串擾, 功率雜訊, 過濾等等. 本文將分享與以下方面相關的10個重要知識： 高速PCB 與你一起設計, 希望能幫助你學習.

信號完整性

信號完整性（SI）是指沿著傳輸路徑的訊號質量，可以是普通金屬線、光學器件或其他介質。

簡單的導體可以在短距離和低位元速率下忠實地傳輸訊號。

然而，如果長距離、高位元速率訊號通過多個不同的導體，多重效應會降低訊號的可靠性，使系統或設備無法正常工作。

隨著集成電路輸出開關速度和PCB密度的提高，信號完整性已成為高速數位PCB設計中必須關注的問題之一。

元件和PCB板的參數、元件在PCB板上的佈局、高速訊號的佈線等因素都會導致信號完整性問題，導致系統運行不穩定，甚至無法工作。

信號完整性問題主要包括振鈴、串擾、接地反彈、傾斜、訊號遺失和電源中的雜訊。

反射

反射是傳輸線上的回聲。 一些訊號功率（電壓和電流）被傳輸到線路並到達負載，但一些訊號功率被反射。

如果電源和負載具有相同的阻抗，則不會發生反射。 電源和負載之間的阻抗不匹配導致線上反射，負載將部分電壓反射回電源。

如果負載阻抗小於源阻抗，則反射電壓為負；反之亦然，如果負載阻抗大於源阻抗，則反射電壓為正。

佈線幾何形狀的變化、不正確的導線終端、通過連接器的傳輸以及電源平面中的不連續性都可能導致此類反射。

串擾

串擾是兩條訊號線之間的耦合。 訊號線之間的互感和容差會引起線路上的雜訊。

電容耦合導致耦合電流，而電感耦合導致耦合電壓。 PCB板層的參數、訊號線之間的距離、驅動端和接收端的電力特性以及線路的連接管道都對串擾有一定的影響。

特性阻抗

為了澄清幾個概念，我們經常看到阻抗、特性阻抗、暫態阻抗，嚴格來說，它們是不同的，但都是相同的，它們仍然是阻抗的基本定義：

傳輸線起點的輸入阻抗稱為阻抗；

訊號在任何時候遇到的暫態阻抗稱為暫態阻抗。

如果傳輸線具有恒定的暫態阻抗，則稱為傳輸線的特性阻抗。

特性阻抗描述訊號沿傳輸線傳輸時的瞬態阻抗，這是影響傳輸線電路中信號完整性的主要因素。

除非另有規定，否則特性阻抗通常稱為傳輸線阻抗。

PS：對於高速PCB設計，我們的目標是在訊號傳輸期間保持阻抗盡可能穩定，這必須保持通道

傳輸線的特性阻抗穩定。

電源完整性

功率完整性（PI）用於檢查電源的源和目標的電壓和電流是否符合要求。

電源完整性在當今的電子產品中非常重要。 電源完整性有幾個級別：晶片級、晶片封裝級、板級和系統級。

其中，板級電源完整性應滿足以下3個要求：

使晶片引脚的電壓紋波小於規格（例如，電壓和1V之間的誤差小於+/-50mV）

控制接地反彈（也稱為同步開關雜訊SSN，同步開關輸出SSO）

减少電磁干擾（EMI）並保持電磁相容性（EMC）：配電網（PDN）是一種電路板型導體，囙此是一種易於發射和接收雜訊的天線。

電源雜訊

功率雜訊是一種電磁干擾，其發射雜訊頻譜約為10kHz～30MHz，最高可達150MHz。

電源雜訊，特別是瞬態雜訊干擾，其上升速度快、持續時間短、電壓幅值高，運行時

雜訊强，微機與數位電力線路產生嚴重干擾。

在高頻電路中，電源雜訊對高頻訊號有明顯的影響。 囙此，電源的首要要求是低雜訊。 在這裡，清潔的地板和清潔的電力一樣重要。

篩檢程式

濾波是濾除訊號特定頻帶頻率的操作，是抑制和防止干擾的重要措施。

並聯匯流排

匯流排是兩個或多個設備之間通信的共亯物理通道。 它是訊號電纜的集合，是多個組件之間的公共連接。 它用於在組件之間傳輸資訊。

匯流排可以分為兩種類型：一種是並行匯流排，另一種是串列匯流排。

並行匯流排：可以同時傳輸多個數據，就像一條寬闊的道路，允許多輛車並排行駛，並且具有雙向單向分區。

串列匯流排

串列匯流排：一次只能傳輸一個數據，就像一條只允許一輛車行駛的狹窄道路。 數據必須一個接一個地傳輸，這看起來像一個長數據字串，所以它被稱為串列。

拓撲結構

拓撲是指網絡中每個網站相互連接的形式。 PCB設計中的拓撲是指晶片之間的連接關係。

常見的拓撲包括點對點、菊花鏈、遠程集羣、星形等。