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主要是关于 4 个高速 PCB 设计常见术语和保证信号完整性的3 种常见技术介绍。 一、高速 PCB 设计常见术语1、转换率 这里要明白一个点,不存在从关到开的瞬时转变,电压必须是从低电平转换到高电平,虽然速度很快,但也会通过这中间的所有电压。 在转换器期间的某个时间点,它是1.8V,而在另一个时间点是2.5V。电压从低状态转变到高状态的速度称为转换速率。
2、速度 电信号也有速度限制-光速,光速非常快。考虑到1GHz 信号的周期为 1ns(1 纳秒),光的传播速度约为 0.3 m/ns,即 30 cm/ns,意味着在 30 cm 长的导体上,当下一个时钟脉冲在其开始处生成时,1GHz 信号的第一个时钟脉冲刚刚到达导体的另一端。 假设为 3GHz,当第一个脉冲到达导体的另一端时,时钟信号源已经生成第三个脉冲,如果是 3GHz,30cm 导体,意味着单个 30cm 导体在其长度内包含3 个脉冲、3 个高状态和低状态。 信号传输不是瞬时 3、可靠性 每当电流通过导体时,就会在导体周围产生磁场,。相反,当磁场穿过导体时,会在该导体内产生电压。因此电路中的所有导体(通常是 PCB上的走线)都能产生和接受电磁干扰,可能会导致走线传输的信号失真。 PCB上的每个轨道也可以被视为一个小型无线电天线,能够生成和接受无线电信号,可能会使轨道承载的信号失真。
4、阻抗 在上面已经讲到过,电信号不是瞬时,实际上在导体中以波的形式传播。在 3GHz / 30cm 迹线示例中,任何给定时间导体内都有 3 个波(波峰和波谷)。 波会受到各种现象的影响,其中对我们来说最重要的是“反射”。
这里想象一下,我们的导体就像充满水的运河/通道。波在通道的一端产生,并沿着通道(以接近光速)传播到另一端。通道本来有100cm宽,但在某个时刻突然变窄到只有1cm宽,当我们的波到达突然变窄的部分(本质上是一堵有小缝隙的墙壁),大部分波会被反弹回来狭窄的部分(墙壁)并向后朝向发射器。 由于宽度变化而产生的波反射
如果运河/通道内有多个狭窄部分,就会有多次反射反弹,干扰信号,信号的大部分能量也不会到达接收器(至少不会在正确的时间)因此,重要的是通道的宽度/高度沿其长度尽可能保持恒定,避免反射。 宽度的多次变化会降低信号质量 也就是阻抗,是导体的电阻、电容和电感的函数。对于高速设计,我们希望走线的阻抗沿其长度尽可能保持一致,另外一件需要考虑的事情,特别是在总线拓扑中,我们希望在接收器处停止波,而不是让它再次反弹。 这通常是通过终端电阻来实现的,终端电阻会吸收末端波的能量总线(例如RS485)
二、信号完整性
在设计电路时需要考虑回转、速度、磁干扰和阻抗。
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