PCB科技 - 高速PCB設計傳輸線效應問題四點處理

在高速PCB設計過程中，傳輸線效應會導致一些信號完整性問題，如何處理？ 這裡有四件事要與大家分享：

1、嚴格控制關鍵網絡電纜的電纜長度

如果設計具有高速跳躍邊緣, 輸電線路對 PCB電路板 必須考慮. 如今常用的高時鐘速率快速集成電路晶片甚至更成問題.

解决這個問題有一些基本原則：如果使用CMOS或TTL電路進行設計，工作頻率低於10MHz，佈線長度不應大於7英寸。 如果工作頻率為50MHz，電纜長度不應大於1.5英寸。 如果工作頻率達到或超過75MHz，接線長度應為1英寸。 砷化鎵晶片的佈線長度應為0.3英寸。 如果超過此值，則存在傳輸線問題。

2、規劃佈線拓撲

解决傳輸線效應的另一種方法是選擇正確的路由路徑和終端拓撲。 佈線拓撲是指網絡電纜的佈線順序和結構。 當使用高速邏輯器件時，邊緣快速變化的訊號將被訊號幹線的分支扭曲，除非分支長度保持很短。

通常，PCB佈線採用兩種基本拓撲，即菊花鏈佈線和星形分佈。

對於菊花鏈佈線，佈線從驅動器端開始，依次到達每個接收端。 如果使用串聯電阻器來改變訊號特性，則串聯電阻器的位置應靠近驅動端。 在控制高次諧波干擾的佈線中，菊花鏈佈線效果顯著。 然而，這種接線不容易100%通過。 在實際設計中，我們希望使菊花鏈佈線中的支路長度盡可能短，安全長度值應為：存根延遲lt；= Trt*0.1

注：Trt是回應時間

例如，高速TTL電路中的分支端長度應小於1.5英寸。 這種拓撲結構佔用更少的佈線空間，可以通過單電阻匹配終止。 然而，這種佈線結構使得不同訊號接收器的訊號接收不同步。

星形拓撲可以有效避免時鐘訊號同步問題，但在高密度PCB上手動完成佈線非常困難。 使用自動佈線器是完成星形佈線的方法。 每個支路上都需要一個終端電阻器。 端子電阻值應與導線的特性阻抗匹配。 這可以手動完成，也可以通過CAD工具來計算特性阻抗值和端子匹配電阻值。

雖然在上述兩個示例中使用了簡單的端子電阻器，但實際上可以選擇更複雜的匹配端子。 該選項為RC匹配端子。 RC匹配終端可以降低功耗，但只能在訊號運行相對穩定時使用。 該方法適用於時鐘線訊號匹配處理。 缺點是RC匹配終端中的電容可能會影響訊號的形狀和傳播速度。

串聯電阻匹配端子不會產生額外的功耗，但會减慢訊號傳輸。 這是一個

近似方法用於匯流排驅動電路中，其中時間延遲不顯著。 串聯電阻匹配端子還具有减少板上使用的設備數量和連接密度的優點。

一種方法是分離匹配終端，其中匹配元件需要放置在接收端附近。 它的優點是不會拉下訊號，可以很好地避免雜訊。 通常用於TTL輸入信號（ACT、HCT、FAST）。

此外，必須考慮終端匹配電阻器的封裝類型和安裝類型。 通常，SMD表面貼裝電阻器的電感低於通孔元件，囙此SMD封裝元件成為。 普通直插電阻器也有兩種安裝模式：垂直和水准。

在垂直安裝模式下，電阻有一個短的安裝引脚，這减少了電阻和電路板之間的熱阻，使電阻熱更容易散發到空氣中。 但較長的垂直安裝將新增電阻器的電感。 由於安裝較低，水准安裝具有較低的電感。 但過熱電阻會漂移，在不良情况下電阻變為開路，導致PCB接線端接匹配故障，成為潜在的故障因素。

3、抑制電磁干擾的方法

信號完整性問題的良好解決方案將提高PCB板的電磁相容性（EMC）。 其中最重要的一點是確保PCB板具有良好的接地。 對於複雜的設計，訊號層和地面層是一種非常有效的方法。 此外，電路板的外部訊號密度也是减少電磁輻射的好方法，這可以通過使用“表層”科技“構建”PCB設計來實現。 表面積層是通過添加薄絕緣層和微孔的組合來實現的，這些微孔用於穿透通用工藝PCB上的這些層。 電阻和電容可以埋入表面之下，組織面積的線密度幾乎新增了一倍，從而减少了PCB的體積。 PCB面積的减少對佈線拓撲結構有著巨大的影響，這意味著電流回路减少，分支佈線長度减少，電磁輻射與電流回路面積近似成比例； 同時，小尺寸特性意味著可以使用高密度引脚封裝，這反過來减少了導線的長度，從而减少了電流回路並改善了emc特性。

4、其他適用科技

為了减少集成電路電源上的瞬態電壓過沖，應在集成電路晶片上添加去耦電容。 這有效地消除了毛刺對電源的影響，並减少了印製板上電源回路的輻射。

去耦電容器直接連接到集成電路的電源支路而不是電源層時，平滑毛刺的效果。 這就是為什麼一些設備的插座中有去耦電容器，而另一些設備要求去耦電容器和設備之間的距離足够小。 任何高速和高功耗設備應盡可能放在一起，以减少電源電壓的瞬態過沖。 沒有電源層，長電源線在訊號和環路之間形成環路，用作輻射源和感應電路。

形成回路的電纜不通過同一網絡電纜或其他電纜，稱為開環。 如果環路通過同一網線，其他路由將形成閉合環路。 在這兩種情况下，都可能發生天線效應（直線天線和環形天線）。 天線在外部產生EMI輻射，本身也是一個敏感電路。 閉環是一個必須考慮的問題，因為它產生的輻射與閉環的面積近似成比例。