《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高速PCB設(shè)計入門知識問答集

2008-07-17
關(guān)鍵詞: 高速 PCB設(shè)計

要做高速PCB設(shè)計,,首先必須明白下面的一些基本概念,,這是基礎(chǔ),。
1,、什么是電磁干擾(EMI)和電磁兼容性(EMC)?
(Electromagnetic Interference),有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種,。 傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò),。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中,,高頻信號線,、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源,,能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作,。

自從電子系統(tǒng)降噪技術(shù)在70年代中期出現(xiàn)以來,主要由于美國聯(lián)邦通訊委員會在1990年和歐盟在1992提出了對商業(yè)數(shù)碼產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)章,,這些規(guī)章要求各個公司確保它們的產(chǎn)品符合嚴(yán)格的磁化系數(shù)和發(fā)射準(zhǔn)則,。符合這些規(guī)章的產(chǎn)品稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。

2,、什么是信號完整性(signal integrity)? 

信號完整性是指信號在信號線上的質(zhì)量,。信號具有良好的信號完整性是指當(dāng)在需要的時候,具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值,。差的信號完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的,,而是板級設(shè)計中多種因素共同引起的。主要的信號完整性問題包括反射,、振蕩,、地彈,、串?dāng)_等,。

3、什么是反射(reflection)? 

反射就是在傳輸線上的回波,。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載處,,但是有一部分被反射了。如果源端與負(fù)載端具有相同的阻抗,,反射就不會發(fā)生了,。

源端與負(fù)載端阻抗不匹配會引起線上反射,,負(fù)載將一部分電壓反射回源端。如果負(fù)載阻抗小于源阻抗,,反射電壓為負(fù),,反之,如果負(fù)載阻抗大于源阻抗,,反射電壓為正,。布線的幾何形狀、不正確的線端接,、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會導(dǎo)致此類反射,。

4、什么是串?dāng)_(crosstalk)? 

串?dāng)_是兩條信號線之間的耦合,,信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲,。容性耦合引發(fā)耦合電流,而感性耦合引發(fā)耦合電壓,。PCB板層的參數(shù),、信號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串?dāng)_都有一定的影響,。 

5,、什么是過沖(overshoot)和下沖(undershoot)? 

過沖就是第一個峰值或谷值超過設(shè)定電壓——對于上升沿是指最高電壓而對于下降沿是指最低電壓。下沖是指下一個谷值或峰值,。過分的過沖能夠引起保護(hù)二極管工作,,導(dǎo)致過早地失效。過分的下沖能夠引起假的時鐘或數(shù)據(jù)錯誤(誤操作),。

6,、什么是振蕩(ringing)和環(huán)繞振蕩(rounding)? 

振蕩的現(xiàn)象是反復(fù)出現(xiàn)過沖和下沖。信號的振蕩和環(huán)繞振蕩由線上過度的電感和電容引起,,振蕩屬于欠阻尼狀態(tài)而環(huán)繞振蕩屬于過阻尼狀態(tài),。信號完整性問題通常發(fā)生在周期信號中,如時鐘等,,振蕩和環(huán)繞振蕩同反射一樣也是由多種因素引起的,,振蕩可以通過適當(dāng)?shù)亩私佑枰詼p小,但是不可能完全消除,。

7,、什么是地電平面反彈噪聲和回流噪聲? 

在電路中有大的電流涌動時會引起地平面反彈噪聲(簡稱為地彈),如大量芯片的輸出同時開啟時,,將有一個較大的瞬態(tài)電流在芯片與板的電源平面流過,,芯片封裝與電源平面的電感和電阻會引發(fā)電源噪聲,這樣會在真正的地平面(0V)上產(chǎn)生電壓的波動和變化,,這個噪聲會影響其它元器件的動作,。負(fù)載電容的增大,、負(fù)載電阻的減小、地電感的增大,、同時開關(guān)器件數(shù)目的增加均會導(dǎo)致地彈的增大,。

由于地電平面(包括電源和地)分割,例如地層被分割為數(shù)字地,、模擬地,、屏蔽地等,當(dāng)數(shù)字信號走到模擬地線區(qū)域時,,就會產(chǎn)生地平面回流噪聲,。同樣電源層也可能會被分割為2.5V,3.3V,,5V等,。所以在多電壓PCB設(shè)計中,地電平面的反彈噪聲和回流噪聲需要特別關(guān)心,。

8,、在時域(time domain)和頻域(frequency domain)之間有什么不同? 

時域(time domain)是以時間為基準(zhǔn)的電壓或電流的變化的過程,可以用示波器觀察到,。它通常用于找出管腳到管腳的延時(delays),、偏移(skew)、過沖(overshoot),、,、下沖(undershoot)以及建立時間(settling times)。

頻域(frequency domain)是以頻率為基準(zhǔn)的電壓或電流的變化的過程,,可以用頻譜分析儀觀察到,。它通常用于波形與FCC和其它EMI控制限制之間的比較。

9,、什么是阻抗(impedance)? 

阻抗是傳輸線上輸入電壓對輸入電流的比率值(Z0=V/I),。當(dāng)一個源送出一個信號到線上,它將阻礙它驅(qū)動,,直到2*TD時,,源并沒有看到它的改變,在這里TD是線的延時(delay),。

10,、什么是建立時間(settling time)? 

建立時間就是對于一個振蕩的信號穩(wěn)定到指定的最終值所需要的時間。

11,、什么是管腳到管腳(pin-to-pin)的延時(delay)? 

管腳到管腳延時是指在驅(qū)動器端狀態(tài)的改變到接收器端狀態(tài)的改變之間的時間,。這些改變通常發(fā)生在給定電壓的50%,最小延時發(fā)生在當(dāng)輸出第一個越過給定的閾值(threshold),,最大延時發(fā)生在當(dāng)輸出最后一個越過電壓閾值(threshold) ,,測量所有這些情況。

12,、什么是偏移(skew)? 

信號的偏移是對于同一個網(wǎng)絡(luò)到達(dá)不同的接收器端之間的時間偏差,。偏移還被用于在邏輯門上時鐘和數(shù)據(jù)達(dá)到的時間偏差。

13,、什么是斜率(slew rate)? 

Slew rate就是邊沿斜率(一個信號的電壓有關(guān)的時間改變的比率),。I/O 的技術(shù)規(guī)范 (如PCI)狀態(tài)在兩個電壓之間,這就是斜率(slew rate),,它是可以測量的,。 

14、什么是靜態(tài)線(quiescent line)? 

在當(dāng)前的時鐘周期內(nèi)它不出現(xiàn)切換,。另外也被稱為 "stuck-at" 線或static線,。串?dāng)_(Crosstalk)能夠引起一個靜態(tài)線在時鐘周期內(nèi)出現(xiàn)切換。 

15,、什么是假時鐘(false clocking)? 

假時鐘是指時鐘越過閾值(threshold)無意識地改變了狀態(tài)(有時在VIL 或VIH之間),。通常由于過分的下沖(undershoot)或串?dāng)_(crosstalk)引起。


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