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PCB科技 - 工程師總結:信號完整性設計經驗的優化文章

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工程師總結:信號完整性設計經驗的優化文章

2021-08-20
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Author:IPCB

1 這個 訊號 上升時間約為時鐘週期的10%, 那就是, 1/10x1/Fclock功能塊. 例如, 100MHZ的上升時間約為1NS.

理想方波的第N次諧波的振幅約為時鐘電壓邊值的2./(Nπ)倍。 例如,1V時鐘訊號的一次諧波的振幅約為0.6V電壓,3次諧波的振幅約為0.2伏。

3.、訊號頻寬與上升時間的關係為:BW=0.35/RT公司。例如,如果上升時間為1NS,則頻寬為350MHZ。 如果互連線的頻寬為3GHZ,則其可傳輸的最短上升時間約為0.1NS。

4.、如果上升時間未知,可以認為訊號頻寬約為時鐘頻率的5倍。

5、LC電路的諧振頻率為5GHZ/sqrt(LC),L的組織為NH,C的組織為PF。

6、400MHZ時,軸向引脚電阻可視為理想電阻; 在2GHZ時,SMT0603電阻可視為理想電阻。

7、軸向引線電阻(引線電阻)的ESL約為8NH,SMT電阻的ESL約為1.5NH。

8、直徑為1MIL的近鍵合線每組織長度的電阻約為1歐姆/英寸。

24AWG電線的直徑約為20MIL,電阻率約為25毫歐姆/英尺。

1盎司桶線的薄片電阻率約為0.5毫歐姆/平方。


在10MHZ時,1盎司的銅線開始產生趨膚效應。

12、1IN球面的電容約為2PF。

一對硬幣大小的平行板。 當極板之間充滿空氣時,極板之間的電容約為1PF。

14、當電容器量測板之間的距離等於板的寬度時,邊緣產生的電容等於平行板形成的電容。 例如,當估計線寬為10MIL、介電厚度為10MIL的微帶線的平行板電容時,估計值為1PF/IN,但實際電容約為上述值的兩倍,即2PF/IN。

15、如果你對資料的性質一無所知,而只知道它是一種有機絕緣體,則認為它的介電常數約為4。

對於功率為1W的晶片,去耦電容器(F)可以提供電荷,使電壓降在C/2時小於5%。

17、在一個典型的電路板時鐘中,當介質厚度為10MIL時,電源和接地層之間的耦合電容為100PF/In-square,它與介質厚度成反比。

如果50歐姆微帶線的體介電常數為4,則其有效介電常數為3。

直徑為1MIL的圓導線的局部電感約為25NH/IN或1NH/MM。

直徑為1IN的環形線圈由10MIL厚的線製成。 其大小相當於拇指和食指合在一起的大小,回路電感約為85NH。


直徑為1IN的環的組織長度電感約為25NH/IN或1NH/MM。 例如,如果封裝導線是環形導線的一部分,長度為0.5IN,則其電感約為12NH。

當一對圓杆的中心距小於其各自長度的10%時,局部互感約為其各自局部互感的50%。

23、當一對圓杆的中心距等於其自身長度時,它們之間的局部互感小於各自局部互感的10%。

24、SMT電容器的回路電感(包括表面佈線、過孔和電容器本身)約為2NH,要將該值降低到1NH以下需要大量工作。

平面對上組織面積的回路電感為33PHx介電厚度(MIL)。

通孔直徑越大,其擴散電感越低。 直徑為25MIL的擴散電感通孔約為50PH。

27、如果有砂眼區域,當自由區域占50%時,平面對之間的回路電感將新增25%。

銅的表皮深度與頻率的平方成反比。 1GHZ時為2UM。 囙此,在10MHZ下,銅的表皮為20UM。

在50歐姆1盎司的銅傳輸線中,當頻率大約高於50 MHz時,組織長度的回路電感為常數。 這表明,當頻率高於50MHZ時,特性阻抗為常數。

銅中電子的速度非常慢,相當於螞蟻的速度,1釐米/秒。


31、訊號在空中的速度約為12IN/NS。 大多數聚合物資料中的訊號速度約為6IN/NS。

在大多數軋製資料中,線延遲1/V約為170PS/In。

訊號的空間擴展等於上升時間X速度,即RTx6IN/NS。

傳輸線的特性阻抗與組織長度的電容成反比。

在FR4中,所有50歐姆傳輸線的組織長度電容約為3.3PF/In。

在FR4中,所有50歐姆傳輸線的組織長度電感約為8.3NH/In。

對於FR4中的50歐姆微帶線,介質厚度約為線寬的一半。

對於FR4中的50歐姆帶狀線,平面之間的間距是訊號線寬度的兩倍。

在遠小於訊號返回時間的情况下,傳輸線的阻抗就是特性阻抗。 例如,當驅動一條3英寸50歐姆的傳輸線時,所有上升時間短且1NS的驅動源將在沿線路傳輸和上升過渡時間期間承受50歐姆的恒定負載。

一段輸電線路的總電容與延時之間的關係為C=TD/Z0。


一段輸電線路的總回路電感和延時之間的關係為L=TDxZ0。

如果50歐姆微帶線中的返回路徑寬度等於訊號線的寬度,則其特性阻抗比返回路徑無限寬時的特性阻抗高20%。

43、如果50歐姆微帶線中的返回路徑寬度至少是訊號線寬度的3倍,則當返回路徑無限寬時,其特性阻抗與特性阻抗的偏差小於1%。

接線的厚度會影響特性阻抗。 當厚度新增1MIL時,阻抗將减少2歐姆。

微帶線固定部分的阻焊膜厚度將降低特性阻抗。 厚度將新增1MIL,阻抗將减少2歐姆。

為了獲得準確的集總電路近似值,在每個上升時間的空間延伸中至少需要3.5個LC截面。

47、單社區LC模型的頻寬為0.1/TD。

如果傳輸線延遲小於訊號上升時間的20%,則無需終止傳輸線。

在50歐姆系統中,由5歐姆阻抗變化引起的反射係數為5%。

使所有突然變化(IN)盡可能短於上升時間(NS)的幅度。


遠程電容性負載將新增訊號的上升時間。 10-90上升時間約為(100xC)PS,其中C的組織為PF。

如果突變電容小於0.004XRT,則可能不會導致問題。

50歐姆傳輸線的角電容(Ff)是線寬(MIL)的兩倍。

電容突變將使50%點延遲新增約0.5XZ0XC。

如果突變電感(NH)小於上升時間(NS)的10倍,則不會出現問題。

對於上升時間小於1NS的訊號,環路電感約為10NH的軸向引脚電阻可能會產生更多反射雜訊。 在這種情況下,可以用片式電阻器代替。

在50歐姆系統中,需要4PF電容器來補償10NH電感。

在1GHZ時,1盎司銅線的電阻大約是直流狀態下電阻的15倍。

59、在1GHZ時,8MIL寬線路的電阻產生的衰减相當於介電材料產生的衰减,介電材料產生的衰减隨頻率變化更快。

對於3MIL或更寬的線路,低損耗狀態都發生在10MHZ以上的頻率。 在低損耗狀態下,特性阻抗和訊號速度與損耗和頻率無關。 共電平互連中不存在損耗引起的色散現象。


3DB衰减相當於將初始訊號功率降低到50%,初始電壓幅值降低到70%。

62.-20DB衰减相當於將初始訊號功率降低至1%,初始電壓振幅降低至10%。

63、當處於趨膚效應狀態時,串聯的訊號路徑和返回路徑的組織長度約為(8/W)Xsqrt(f)(其中線寬為W:MIL;頻率為f:GHZ)。

在50歐姆的傳輸線中,導體產生的組織長度衰减約為36/(Wz0)DB/In。

FR4的耗散因數約為0.02。

在1GHZ時,FR4中的介電材料產生的衰减約為0.1DB/in,並隨頻率線性新增。

對於FR4中8MIL寬、50 ohm的傳輸線,導體損耗等於1GHZ時的介電材料損耗。

受損耗因數的限制,FR4互連線(長度為LEN)的頻寬約為30GHZ/LEN。

FR4互連線能傳輸的最短時間為10PS/INxLEN。


如果互連線長度(IN)大於上升時間(NS)的50倍,則FR4電介質板損耗引起的上升沿退化不容忽視。

在一對50歐姆的微帶傳輸線中,當線間距等於線寬時,訊號線之間的耦合電容約占5%。

在一對50歐姆的微帶傳輸線中,當線間距等於線寬時,訊號線之間的耦合電感約占15%。

73、對於1NS的上升時間,FR4中近端雜訊的飽和長度為6IN,與上升時間成正比。

線路的負載電容是一個常數,與附近其他線路的接近程度無關。

對於50歐姆的微帶線,當線間距等於線寬時,近端串擾約為5%。

對於50歐姆的微帶線,當線間距是線寬的兩倍時,近端串擾約為2%。

對於50歐姆的微帶線,當線間距是線寬的3倍時,近端串擾約為1%。

對於50歐姆的帶狀線,當線間距等於線寬時,近端串擾約為6%。

對於50歐姆的帶狀線,當線間距是線寬的兩倍時,近端串擾約為2%。

對於50歐姆的帶狀線,當線間距為線寬的3倍時,近端串擾約為0.5%。


81、在一對50歐姆的微帶傳輸線中,當間距等於線寬時,遠端雜訊為4%Xtd/rt。如果線延遲為1ns,上升時間為0.5ns,則遠端雜訊為8%。

82、在一對50歐姆的微帶傳輸線中,當間距為線寬的兩倍時,遠端雜訊為2%Xtd/rt。如果線延遲為1ns,上升時間為0.5ns,則遠端雜訊為4%。

83、在一對50歐姆的微帶傳輸線中,當間距為線寬的3倍時,遠端雜訊為1.5%Xtd/rt。如果線延遲為1ns,上升時間為0.5ns,則遠端雜訊為4%。

在帶狀線或完全嵌入的微帶線上沒有遠端雜訊。

在50歐姆的匯流排中,無論是帶狀線還是微帶線,要使遠端雜訊在大多數情况下小於5%,線間距必須大於線寬的兩倍。

在50歐姆匯流排中,當線路之間的距離等於線寬時,受擾線路上75%的干擾來自受擾線路兩側的兩條相鄰線路。

87、在50歐姆的匯流排中,當線路之間的距離等於線寬時,受擾線路上95%的干擾來自受擾線路兩側彼此最接近的兩條線路。

在50歐姆匯流排中,當線路之間的距離是線寬的兩倍時,受擾線路上100%的干擾來自受擾線路兩側的兩條相鄰線路。 這是為了忽略與匯流排中所有其他線路的耦合。

對於表面佈線,新增相鄰訊號線之間的距離,使其足以添加保護佈線,串擾通常會降低到可接受的水准,無需新增保護佈線。 添加帶有短路端子的保護接線可以將串擾降低到50%。

對於帶狀線,使用保護線可以將串擾降低到不使用保護線時串擾的10%。

為了將開關雜訊保持在可接受的水准,互感必須小於2.5nhx上升時間(ns)。


對於受開關雜訊限制的連接器或封裝,最大可用時鐘頻率為250MHZ/((NxLm))。 其中,Lm是訊號/返回路徑對之間的互感(nh),N是同時開放的博物館數量。

在LVDS訊號中,共模訊號分量是差分訊號分量的2倍以上。

如果沒有耦合,差分對的差分阻抗是任何單端線路阻抗的兩倍。

對於一對50歐姆的微帶線,只要一條從動線的電壓保持高或低,另一條從動線的單端特性阻抗與相鄰線之間的距離完全無關。

在緊耦合的差分微帶線中,與線寬等於線間距時的耦合相比,當線相距較遠而沒有耦合時,差分特性阻抗只會降低約10%。

對於寬側耦合差分對,線之間的距離應至少大於線寬。 其目的是獲得高達100歐姆的阻抗。

FCC B級要求是,在100MHZ下,3M處的遠場强度應小於150UV/M。

相鄰的單端攻擊次級線在强耦合差分對上產生的差分訊號串擾比在弱耦合差分對上產生的差分訊號串擾少30%。

强耦合差分對上相鄰單端攻擊二次線產生的共模訊號串擾比弱耦合差分對上的共模訊號串擾大30%。