PCB科技 - 高速PCB設計的重要性和未來前景

什麼是高速pcb設計？ 高速設計特指使用高速數位信號在組件之間傳輸數據的系統。 高速數位設計和使用較慢數位協定的簡單電路板之間的界限是模糊的。 用於將特定系統表徵為“高速”的一般度量是系統中使用的數位信號的邊緣速率（或上升時間）。 大多數數位設計同時使用高速（快邊緣速率）和低速（慢邊緣速率）數位協定。 在當今的嵌入式計算和物聯網時代，大多數高速板都有一個用於無線通訊和網絡的射頻前端。

規劃您的高速PCB堆疊和阻抗

您為高速板創建的PCB堆疊將决定阻抗以及佈線的難易程度。 所有PCB堆疊都包括一組專用於高速訊號、電源和接地平面的層。 在堆棧中分配層時，需要考慮以下幾點：

電路板尺寸和網絡數量：電路板有多大，在PCB佈局中需要佈線多少個網絡。 物理上較大的電路板可能有足够的空間，使您可以在整個PCB佈局中佈線網絡，而無需使用多個訊號層。

佈線密度：由於網絡數量多，電路板尺寸限制在小面積內，表面層周圍的佈線空間可能不大。 囙此，當對齊更緊密時，您將需要更多的內部訊號層。 使用較小的板尺寸可能會迫使更高的佈線密度。

介面數量：有時，根據匯流排寬度（串聯與並聯）和電路板尺寸，每層只連接一個或兩個介面是一個很好的策略。 對於高速數位介面，將所有訊號保持在同一層可確保所有訊號都能看到一致的阻抗和偏斜。

低速和射頻訊號：您的數位設計中會有任何低速數位或射頻訊號嗎？ 如果是這樣，這些可能會佔用可用於高速匯流排或組件的表層空間，並可能需要額外的內層。

電源完整性：電源完整性的基石之一是為大型集成電路所需的每個電壓電平使用大型電源平面和接地層。 這些應該放置在相鄰的層上，以幫助確保有高的平面電容來支持去耦電容器的穩定功率。

高速PCB佈線設計指南

1.佈線基礎和策略

佈線方法：包括單面、雙面和多層佈線，以及自動和互動式佈線。 互動式佈線適用於要求嚴格的線路，自動佈線可以在關鍵部件之前處理，以避免平行線路引起的反射干擾。

佈線優化：自動佈線的效率取決於良好的佈局和預設規則，如線彎的數量、通孔的數量等。首先，進行快速短連接線佈線，然後全域優化路徑。

2.電源和接地處理

去耦電容器：在電源和地之間添加，以降低雜訊。

線寬設計：地線>電源線>訊號線，建議訊號線寬度為0.2-0.3mm，電源線寬度為1.2-2.5mm。

大銅層：利用未使用的空間作為地線，或將多層板中的電源層和接地層分開。

3.數位和類比電路的常見接地處理

隔離：將數位和類比電路的內部接地分開，只在板外的介面處稍微短路，以减少干擾。

佈局：高頻訊號遠離敏感的類比元件，確保訊號路徑最短，輸入和輸出線分開。

4.訊號線及圖層選擇

電源（接地）層佈線：當訊號層資源緊張時，考慮在電源或接地層佈線，優先保持接地層的完整性。

5.大面積導線連接

熱隔離：元件腿和大面積銅表面連接使用十字形焊盤，以降低虛焊的風險。

6.網路系統和網格設計

網格密度：基於0.1英寸或其整數倍的設定，平衡數據量和佈線路徑，避免無效路徑。

7.設計規則檢查（DRC）

全面審查：確保線間距、電源/接地寬度、關鍵信號處理、獨立接地、避免短路等符合要求。

8.特別注意事項

高速節點：時鐘佈線需要考慮延遲，並使用端接設備來優化SI。

科技選擇：駕駛科技應與任務要求相匹配，考慮上升時間和雜訊容限。

佈線前模擬：確定參數範圍，模擬結果指導佈線約束。

接線後類比：檢查SI和時序問題，及時調整。

模型選擇和未來趨勢：強調模型準確性，追求自動化工具以簡化SI設計，並專注於新技術。

高速PCB佈線設計需要仔細規劃，從電源和接地處理到數位和類比電路隔離，再到佈線策略的選擇，每一步都需要遵循嚴格的規則和CAD工具的協助。

通過持續的模擬驗證和規則檢查，確保最終設計不僅滿足電力效能要求，而且具有良好的可製造性。

對準阻抗是高速PCB設計的重要元素，隨著電子系統複雜性的新增，阻抗危害也在新增，工程師需要做好工作，以確保產品阻抗設計的競爭力，而阻抗的來源之一就是對準，談談如何做好對準阻抗設計，减少其影響。

一般來說，常見的對準阻抗可分為單端50歐姆和差分100歐姆，當然也出現了越來越多的阻抗類型，如27歐姆、33歐姆、75歐姆、120歐姆（diff）等，但現時以50歐姆和100歐姆為主。

同一設計中可能同時存在多個單線阻抗和差分阻抗，這需要使用不同的對齊寬度。

高速PCB設計在現代電子設備中起著至關重要的作用，其覈心目標是優化訊號傳輸並確保信號完整性。 隨著科技的不斷進步，電子系統日益複雜和集成化，使得阻抗設計變得更加重要。 工程師必須專注於對準阻抗控制，以儘量減少訊號延遲、失真和干擾，確保產品效能和競爭力。

通過精確的pcb堆疊、電源和接地處理、訊號線佈局和嚴格的設計規則檢查，可以有效地提高高速pcb的電力效能。 此外，模擬驗證和模型選擇將在設計過程中發揮關鍵作用，以確保最終設計符合製造要求。 展望未來，隨著自動化工具的發展和新技術的出現，高速PCB設計將朝著更高的精度和效率邁進，為智慧高性能電子產品鋪平道路。