避免传输线串扰的8个设计原则
pcb布局的基本原则
pcb布局的基本原则PCB布局是电路设计中非常重要的步骤，它决定了电路板上元件的布局和连接方式。
良好的PCB布局可以确保电路的性能和可靠性，并减少电磁干扰和噪声。
以下是PCB布局的一些基本原则。
1.元件布局-尽可能减短元件之间的连线长度，以减小信号的传输延迟和损耗。
-根据信号链路的要求，将相关的元件放在靠近一起的位置，以减少信号传输路径和串扰。
-隔离敏感元件，避免它们受到其他元件的电磁干扰。
-避免元件之间的交叉布局，以减少互相之间的干扰。
2.电源与地线布局-尽可能短而宽的电源线和地线，以降低电源耦合和地回流的电阻。
-为不同类型的元件提供分别的电源和地线，以隔离干净电源和地之间的噪声。
3.模拟与数字信号分离布局-将模拟信号和数字信号的元件布局分离，以减少干扰。
-使用地隔离封装来隔离模拟和数字信号的地线，以避免干扰。
4.热管理-在布局过程中留出足够的空间来放置散热元件，例如散热片或散热器。
-将热源集中在一个区域，并确保良好的热量传导路径，以避免过热和元件故障。
5.地线和屏蔽-使用平面屏蔽来隔离高频和敏感信号，以减少噪声和干扰。
-使用分层布局，将模拟和数字信号的地平面分开，以减少交叉干扰。
6.信号完整性-根据信号的传输速率和特性，选择合适的传输线宽度和间距，以确保信号的完整性。
-使用过孔到内层平面以提供信号地回路，减小传输线的环路面积。
7.组件布局-尽可能使用最短的连线路径连接元件，以减少信号损耗和串扰。
-将频繁操作的元件放置在易于接近的位置，以方便维修和测试。
-根据散热需求，将大功耗元件放置在散热结构靠近的位置，并确保足够的散热面积。
8.丝印和标识-在电路板上添加清晰可见的丝印和标识，以帮助组装和维修人员快速识别元件和信号线。
总的来说，PCB布局需要考虑电路性能、可靠性、热管理和信号完整性等方面，并遵循良好的设计原则和最佳实践。
通过合理的PCB布局，可以提高电路的可靠性和性能，并减少干扰和噪声的影响。
电路布线原则
电路布线原则
1. 尽量缩短电路长度，降低信号失真和噪声影响。
2. 避免传输线穿过板孔或其它引脚密集区域，以避免信号串扰和干扰。
3. 分割高频和低频信号线，以避免互相干扰。
4. 尽量使用直角而不是锐角布线，以避免信号反射和衰减。
5. 避免平行布线，以避免互相干扰和串扰。
6. 尽量平行布线，以减少电感和电容的影响。
7. 尽量采用层次结构布线，以避免信号穿过大面积的地平面，从而产生大面积的地回路。
8. 注意电路的可靠性和稳定性，在布线时应留有余地以保证电路的正常运行。
高频电路设计布线技巧,您需要知道这十项规则
高频电路设计布线技巧，您需要知道这十项规则如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量（比如说1/3），通常就称为高频电路。
高频电路设计是一个非常复杂的设计过程，其布线对整个设计至关重要！【第一招】多层板布线高频电路往往集成度较高，布线密度大，采用多层板既是布线所必须，也是降低干扰的有效手段。
在PCB Layout阶段，合理的选择一定层数的印制板尺寸，能充分利用中间层来设置屏蔽，更好地实现就近接地，并有效地降低寄生电感和缩短信号的传输长度，同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等，所有这些方法都对高频电路的可靠性有利。
有资料显示，同种材料时，四层板要比双面板的噪声低20dB。
但是，同时也存在一个问题，PCB 半层数越高，制造工艺越复杂，单位成本也就越高，这就要求我们在进行PCB Layout时，除了选择合适的层数的PCB板，还需要进行合理的元器件布局规划，并采用正确的布线规则来完成设计。
【第二招】高速电子器件管脚间的引线弯折越少越好高频电路布线的引线最好采用全直线，需要转折，可用45度折线或者圆弧转折，这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度，而在高频电路中，满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。
【第三招】高频电路器件管脚间的引线越短越好信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的，高频的信号引线越长，它就越容易耦合到靠近它的元器件上去，所以对于诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB 线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。
【第四招】高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好所谓引线的层间交替越少越好是指元件连接过程中所用的过孔（Via）越少越好。
据侧，一个过孔可带来约0.5pF的分布电容，减少过孔数能显著提高速度和减少数据出错的可能性。
【第五招】注意信号线近距离平行走线引入的串扰高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的串扰，串扰是指没有直接连接的信号线之间的耦合现象。
pcb阻抗设计要求
PCB（Printed Circuit Board）阻抗设计是在设计PCB时考虑电路中信号传输的特性，以确保信号完整性和性能稳定。
阻抗匹配是为了避免信号在传输过程中发生反射、衰减或串扰。
以下是在进行PCB 阻抗设计时的一些建议和要求：1. 信号完整性：阻抗设计的主要目标是确保信号在传输过程中保持完整性，避免信号失真、反射和干扰。
良好的阻抗匹配有助于维持信号的稳定性。
2. 标准阻抗值：使用标准的阻抗值，如50欧姆或75欧姆，以便与常见的信号传输线和接口标准匹配。
这有助于简化设计，并使PCB与其他设备更好地兼容。
3. 差分对阻抗匹配：对于差分信号传输线，确保差分对之间的阻抗匹配。
这对于高速差分信号的传输非常重要，以防止串扰和失真。
4. 信号层阻抗控制：在PCB的不同信号层之间和信号层内，保持一致的阻抗。
这有助于避免信号通过不同层时引起的阻抗变化。
5. 匹配传输线阻抗：选择和匹配PCB上的传输线阻抗，例如微带线、同轴电缆等。
确保这些线的阻抗与设计要求一致。
6. 差分对距离：对于高速差分信号，控制差分对之间的距离，以减小串扰和确保信号匹配。
7. 避免尖峰信号：尽量避免出现尖峰信号，因为这可能导致信号反射。
采用合适的电源和信号滤波可以减小尖峰信号的产生。
8. 考虑环境因素：在阻抗设计中考虑环境因素，例如温度变化、湿度等，以确保PCB 在不同条件下仍能维持稳定的阻抗特性。
9. 使用仿真工具：使用PCB设计仿真工具，如HFSS、SIwave等，进行阻抗匹配仿真，以优化设计并确保其满足要求。
10. 测试和验证：进行PCB生产后的阻抗测试，以验证实际制造的PCB是否符合设计要求。
综合考虑以上因素，可以确保PCB阻抗设计满足性能需求，有助于提高信号传输的质量和可靠性。
高速数字系统设计——串扰
crosstalk）），定义远端串扰（far-end crosstalk）为在被感应传输线远离驱动器的一端看到的
串扰（有时又称为前向串扰（forward crosstalk））。互容在被感应传输线上产生的电流，分别
流向被感应传输线的两端。互感在被感应传输线上产生的电流，从被感应传输线的远端流向
近端，这是因为互感会产生反方向的电流。这样，流向近端和远端的串扰电流可以分解为若
信号发送到传输线起始端
驱动信号的边沿
V
近端串扰脉冲
近端
V
远端串扰脉冲
信号传播到传输线中间 (1/2)TD时刻
远端
近端
V
信号传播到传输线末端 TD时刻
远端
近端
远端串扰脉冲在 TD时刻到达
远端
图 3-3 串扰噪声示意图
串扰噪声的幅度和波形在很大程度上依赖于耦合程度和端接负载。图 3-4 中的公式和图
例描绘了被感应传输线的不同端接方案中，串扰在干净传输线上感应出的最大电压值 [DeFalc o，1970]。驱动线终 端匹配， 以消除由多 次反射引起 的麻烦。 这些公式主 要用于估 计串扰噪声的幅值，并有助于了解特定端接方案的影响。对于比图 3-4 复杂的拓扑结构，则 需要使用类似于 SPICE 的仿真器来求解。
C11 C12 电容矩阵＝
C21 C22
（3-5）
其中，传输线 1 自身的电容 C11 为传输线 1 的接地电容（C1g）加上传输线 1 到传输线 2 的互
容（C12）：
C11＝C1g+C12
（3-6）
C12
C1g
C2g
地平面
图 3-1 用于说明寄生矩阵的简单的双导线系统
另外，图 3-1 所示系统的电感矩阵为：
传输线理论及信号完整性分析
二、信号完整性分析（Signal Integrity）
§1.什么是信号的完整性
信号完整性（英语：Signal integrity, SI）是对于电子信号质量的 一系列度量标准。 在数字电路中，一串二进制的信号流是通过电压（或电流）的波 形来表示。然而，自然界的信号实际上都可以看做是模拟的，所有的 信号都受噪音、扭曲和损失影响。在短距离、低比特率的情况里，一 个简单的导体可以忠实地传输信号。而长距离、高比特率的信号如果 通过导体，有多种效应可以降低信号的可信度，这样系统或设备将可 能无法正常工作。 信号完整性差不是由单一因素造成的，而是由板级设计中多种因素 共同引起的。破坏信号完整性的原因包括反射、振铃、地弹、串扰等。 随着信号工作频率的不断提高，信号完整性问题已经成为高速PCB工 程师关注的焦点。
特征阻抗是均匀传输线的瞬时阻抗， 具有瞬时阻抗的所有特点。所谓的均匀 传输线，诸如PCB上的微带线，和同轴 电缆等等。 特征阻抗Z0= 1 / (V*CL)
传输线理论
§3.传输线差分/共模阻抗和奇模/偶模阻抗之间的关系
传输线差分阻抗和共模阻抗概念比较容易理解，但是奇模偶模 阻抗概念比较难理解。 奇模和偶模是相对于地来说的，以地作为参考面。而差分线是相 对于2根线之间的关系来说的。下图是奇模和偶模的模型图：
传输线理论
§2.传输线令人迷惑的阻抗
阻抗是什么？和电阻有什么不同？为什么经常会说50欧姆阻抗， 75欧姆阻抗的概念？初学者可能会被这一系列问题困扰。电阻是直 流特性，不考虑电感和电容效应。而在交流信号的时候则需要考虑 电感和电容，阻抗也一般就是指交流阻抗。那什么是特征阻抗呢 (Characteristic Impedance)？先了解一下什么是瞬时阻抗 (instantaneous impedance)吧。 因为在信号线条和返回地平面间存在寄生电容，如下图所示。 当信号向前传播过程中，A点处电压不断不变化，对于寄生电容来 说，变化的电压意味着产生电流，方向如图中虚线所示。因此信号 感受到的阻抗就是电容呈现出来的阻抗，寄生电容构成了电流回流 的路径。信号在向前传播所经过的每一点都会感受到一个阻抗，这 个阻抗是变化的电压施加到寄生电容上产生的，通常叫做传输线的 瞬态阻抗。
高速电路PCB中串扰的仿真分析与抑制对策
高速电路PCB中串扰的仿真分析与抑制对策作者：周劲松来源：《电子世界》2012年第22期【摘要】针对串扰在高速电路印刷电路板（PCB）设计中造成严重的信号完整性问题，介绍一种可尽早发现串扰引起的问题的方法。
首先利用信号完整性仿真软件HyperLynx，建立两条攻击线夹一条受害线的三线平行耦合串扰仿真模型；然后通过仿真分析传输线平行耦合长度、平行耦合间距、传输线类型、信号层与地平面层之间的介质厚度等因素对串扰噪声的影响；最后综合这些影响因素，并根据PCB设计顺序，给出抑制串扰的详细措施。
实践表明，这些措施对高速PCB的设计，具有实用、可靠和提高设计效率的意义。
【关键词】串扰；高速PCB；信号完整性1.引言随着半导体技术的飞速发展，集成电路（IC）的集成规模越来越大，体积越来越小，速率越来越高。
在高速电路印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）中，由于IC芯片时钟频率的不断提高，开关时间迅速缩减，通用处理器的主频已经达到GHz级，开关时间已由微秒级下降到皮秒级，导致高速PCB上的互连线成为具有传输延迟和特征阻抗参数的传输线。
随着电路的噪声容限和时序容限不断减小，高速信号在互连线上传输时将发生反射、延迟、过冲、振铃、地弹、串扰等问题，从而影响到波形质量的完整性和信号时序的完整性，即产生信号完整性问题[1]。
其中，相邻传输线之间的互感和互容引起的串扰耦合噪声对电路性能的影响尤为严重，串扰是导致高速电路PCB中产生信号完整性问题的主要噪声之一，过大的串扰会引起电路的不稳定或时序混乱，甚至导致系统无法正常工作[2]。
为了缩短高速PCB的设计周期，及早发现串扰引起的问题，利用信号完整性仿真软件，对高速电路PCB中三条并行耦合互连线进行了串扰仿真，分析了传输线平行耦合长度、传输线平行耦合间距、传输线类型、信号层与地平面层之间的介质厚度等因素对串扰的影响，根据PCB设计顺序，给出了高速电路PCB设计中抑制串扰的详细措施。
串扰详解
串扰详解1 串扰问题产生的机理串扰是信号在传输线上传播时，由于电磁耦合而在相邻的传输线上产生不期望的电压或电流噪声干扰，信号线的边缘场效应是导致串扰产生的根本原因。
为了便于分析，下面介绍几个有关的概念。
如图1所示，假设位于A点的驱动器是干扰源，而位于D点的接受器为被干扰对象，那么驱动器A所在的传输线被称之为干扰源网络或侵害网络(Agreessor)，相应的接收器D所在的传输线网络被称之为静态网络或受害网络。
静态网络靠近干扰源一端的串扰称为近端串扰(也称后向串扰)，而远离干扰源一端的串扰称为远端串扰(或称前向串扰)。
由于产生的原因不同将串扰可分为容性耦合串扰和感性耦合串扰两类。
1．1 容性耦合机制当干扰线上有信号传输时，由于信号边沿电压的变化，在信号边沿附近的区域，干扰线上的分布电容会感应出时变的电场，而受害线处于这个电场里面，所以变化的电场会在受害线上产生感应电流。
可以把信号的边沿看成是沿干扰线移动的电流源，在它移动的过程中，通过电容耦合不断地在受害线上产生电流噪声。
由于在受害线上每个方向的阻抗都是相同的，所以50％的容性耦合电流流向近端而另50%则传向远端。
此外，容性耦合电流的流向都是从信号路径到返回路径的，所以向近端和远端传播的耦合电流都是正向的。
对于近端容性耦合串扰，随着驱动器输出信号出现上升沿脉冲，流向近端的电流将从零开始迅速增加，当边沿输入了一个饱和长度以后，近端电流将达到一个固定值。
另外，流向近端的耦合电流将以恒定的速度源源不断地流向近端，当上升沿到达干扰线的接收端，此上升沿会被接受吸收，不再产生耦合电流信号，但是受害线上还有后向电流流向受害线的近端，所以近端的耦合电流将持续两倍的传输延迟。
对于远端容性耦合串扰，由于信号的边沿可看成是移动的电流源，它将在边沿的附近区域产生经互容流进受害线的耦合电流，而产生的耦合电流将有50％与干扰线上的信号同向而且速度相同地流人远端，因此随着干扰线上信号的传输，在受害线上将不断地产生的前向耦合电流而且和已经存在的前向耦合电流不断地叠加，并一同传向远端。
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1.在走线约束允许的情况下，应该使每根线之间的间距S尽量的大.
评论：这个很容易理解，线之间的间距大，其分布电容电感之间的影响就小，电磁场耦合也会变小
2.在满足阻抗要求的情况下，应改是传输线和参考平面间的距离越小越好（减小H）。
这样做会让传输线和参考平面更紧密的耦合，减少临近线的干扰.
评论：设计中要尽量减小H，但也不是无限制的，还受到制造工艺的限制。
3.对于关键信号（例如时钟信号）可以尝试差分走线，如果系统设计允许的话.
评论：差分信号的共模抑制好，能有效的抑制临近线的干扰。
但是很多时候系统设计就是单端模式。
4.如果不同层的信号存在严重的干扰（如M3和M4之间），那么走线时要让这2层走线方向垂直.
评论：这是通常的基本原则。
相互垂直的线，电场和磁场也分别是相互垂直的，可以减少相互间的串扰。
5.如果可能的话，信号走带状线或者嵌入式微带线，以减少传播速度变化的影响。
评论：带状线的传播速度是不受串扰影响的，而微带线会受串扰影响。
传输线传播速度变化会引起时序问题，所以尽量走嵌入式微带线。
6.减少线之间平行距离的长度。
走线应该使平行长度尽量短，使网络间耦合的部分尽量小。
评论：还是在几何空间上减少干扰
7.合理分布板子上元件，使走线的拥挤程度最低。
评论：还是在几何空间上减少干扰
8.使用慢的上升/下降沿。
但是这样做需要很谨慎，因为这样做可能会带来其他负面影响。
评论：减小上升/下降沿，其实就是减小了系统最高频率。
系统的最高频率取决于上升/下降沿，而不是系统信号的频率。
有时候是不能减小边沿速率的。