高速电路PCB的电源地噪声设计
高水平的运放电路PCB布线是怎样的
高水平的运放电路PCB布线是怎样的 印制电路板（PCB）布线在高速电路中具有关键的作用，但它往往是电路设计过程的后几个步骤之一。
高速PCB布线有很多方面的问题，关于这个题目已有人撰写了大量的文献。
本文主要从实践的角度来探讨高速电路的布线问题。
主要目的在于帮助新用户当设计高速电路PCB布线时对需要考虑的多种不同问题引起注意。
另一个目的是为已经有一段时间没接触PCB布线的客户提供一种复习资料。
由于版面有限，本文不可能详细地论述所有的问题，但是我们将讨论对提高电路性能、缩短设计时间、节省修改时间具有成效的关键部分。
虽然这里主要针对与高速运算放大器有关的电路，但是这里所讨论的问题和方法对用于大多数其它高速模拟电路的布线是普遍适用的。
当运算放大器工作在很高的射频（RF）频段时，电路的性能很大程度上取决于PCB布线。
“图纸”上看起来很好的高性能电路设计，如果由于布线时粗心马虎受到影响，后只能得到普通的性能。
在整个布线过程中预先考虑并注意重要的细节会有助于确保预期的电路性能。
原理图尽管优良的原理图不能保证好的布线，但是好的布线开始于优良的原理图。
在绘制原理图时要深思熟虑，并且必须考虑整个电路的信号流向。
如果在原理图中从左到右具有正常稳定的信号流，那么在PCB上也应具有同样好的信号流。
在原理图上尽可能多给出有用的信息。
因为有时候电路设计工程师不在，客户会要求我们帮助解决电路的问题，从事此工作的设计师、技术员和工程师都会非常感激，也包括我们。
除了普通的参考标识符、功耗和误差容限外，原理图中还应该给出哪些信息呢？下面给出一些建议，可以将普通的原理图变成一流的原理图。
加入波形、有关外壳的机械信息、印制线长度、空白区；标明哪些元件需要置于PCB 上面；给出调整信息、元件取值范围、散热信息、控制阻抗印制线、注释、扼要的电路动作描述……（以及其它）。
如果不是你自己设计布线，一定要留出充裕的时间仔细检查布线人的设计。
在这点上很小的预防抵得上一百倍的补救。
PCB板的电源完整性三大考虑详解
PCB 板的电源完整性三大考虑详解
在电路设计中，一般我们很关心信号的质量问题，但有时我们往往局限在信号线上进行研究，而把电源和地当成理想的情况来处理，虽然这样做能使问题简化，但在高速设计中，这种简化已经是行不通的了。
尽管电路设计比较直接的结果是从信号完整性上表现出来的，但我们绝不能因此忽略了电源完整性设计。
因为电源完整性直接影响最终PCB 板的信号完整性。
电源完整性和信号完整性二者是密切关联的，而且很多情况下，影响信号畸变的主要原因是电源系统。
例如，地反弹噪声太大、去耦电容的设计不合适、回路影响很严重、多电源/地平面的分割不好、地层设计不合理、电流不均匀等等。
1) 去耦电容
我们都知道在电源和地之间加一些电容可以降低系统的噪声，但是到底在电路板上加多少电容？每个电容的容值多大合适？每个电容放在什幺位置更好？
类似这些问题我们一般都没有去认真考虑过，只是凭设计者的经验来进行，有时甚至认为电容越少越好。
PCB板设计中的接地方法与技巧
PCB板设计中的接地方法与技巧在电子设备设计中，印制电路板（PCB）的地位至关重要。
PCB板的设计需要考虑诸多因素，其中之一就是接地问题。
良好的接地方式可以有效地提高设备的稳定性、安全性以及可靠性。
本文将详细介绍PCB板设计中的接地方法与技巧。
让我们了解一下PCB板设计的基本概念。
PCB板设计是指将电子元件按照一定的规则和要求放置在板子上，并通过导线将它们连接起来的过程。
接地是其中的一个重要环节，它是指将电路的地线连接到PCB 板上的公共参考点，以实现电路的稳定工作和安全防护。
在PCB板设计中，接地的主要作用是提高电路的稳定性，同时还可以防止电磁干扰和雷电等外界因素对电路的影响。
通过将电路的地线连接到PCB板的公共参考点，可以减少电路之间的噪声和干扰，提高设备的性能和可靠性。
接地方式的选择取决于PCB板的设计和实际需求。
以下是一些常见的接地方式及其具体方法：直接接地：将电路的地线直接连接到PCB板上的参考点或金属外壳。
这种接地方式适用于对稳定性要求较高的电路，但需要注意避免地线过长导致阻抗过大。
间接接地：通过电容、电感等元件实现电路与地线的连接。
这种接地方式可以有效抑制电磁干扰，提高设备的抗干扰能力。
混合接地：结合直接接地和间接接地的方式，根据实际需求在不同位置选择不同的接地方式。
这种接地方式可以满足多种电路的接地需求，提高设备的灵活性和可靠性。
多层板接地：在多层PCB板中，将其中一层作为地线层，将电路的地线连接到该层上。
这种接地方式适用于高密度、高复杂度的PCB板设计，可以提供良好的电磁屏蔽效果。
挠性印制电路板接地：对于挠性印制电路板，可以使用金属箔或导电胶带实现电路与地线的连接。
这种接地方式适用于需要弯曲或伸缩的电路，可以提供良好的可塑性和稳定性。
确保接地连续且稳定：接地线的连接必须牢靠、稳固，确保在设备运行过程中不会出现松动或脱落现象。
同时，要确保地线阻抗最小，以提高电路的稳定性。
避免地线过长导致阻抗过大：地线的长度应尽可能短，以减少阻抗。
从PCB设计信号完整性
从PCB设计信号完整性PCB设计信号完整性是指在PCB电路板上保持信号完整性的技术要求，以确保电子设备的正常运行。
信号完整性是一项综合考虑信号传输过程中的各种因素的工程学科，包括信号的噪声和失真、信号传输的延迟和抖动等。
PCB设计信号完整性是高速和多层电路板设计中的一个关键方面。
下面将详细介绍PCB设计信号完整性的重要性、设计原则和常用的技术手段。
PCB设计信号完整性的重要性如下：1.高速信号完整性：随着高速电子设备的普及，如高速计算机、高速通信系统等，高速信号的完整性的问题越来越重要。
在高频电子设计中，信号完整性是电磁兼容性（EMC）和辐射性能的关键因素。
2.减少信号中的噪声和失真：在信号传输过程中，例如在长距离传输线上或信号链中，信号会受到各种噪声和失真的干扰，例如串扰、时钟偏移、反射、散射和抖动等。
信号完整性设计能够减少这种噪声和失真，提高信号传输的质量。
3.提高信号传输的稳定性：在设计中考虑信号完整性可以提高信号传输路径的稳定性，降低传输过程中的错误率。
特别是在高速电路设计中，传输线的选用、终端匹配和信号的校准对信号传输性能至关重要。
PCB设计信号完整性方面的设计原则如下：1.保持信号完整性的连续路径：在信号的传输路径上，包括传输线、连线和接插件等，应该避免信号的突变、死区和断续，以保持信号的连续性和完整性。
2.控制信号噪声：通过适当的阻抗匹配、屏蔽和终端匹配技术，控制信号线上的噪声，降低串扰和其他干扰。
此外，还可以通过选择合适的电源滤波器来消除电源噪声。
3.控制信号传输的延迟和抖动：通过适当的传输线设计和减少信号反射，控制信号传输中的延迟和抖动。
此外，可以利用布线规则和降噪技术来控制信号传输过程中的时钟偏移。
4.优化地面和电源设计：在PCB设计中，地面和电源规划是十分重要的。
良好的地面层设计和电源规划可以降低共模噪声和电源噪声，提高信号完整性。
常用的PCB设计信号完整性技术手段如下：1.传输线和差分对：在高速设计中，使用传输线和差分对可以有效地控制信号的传播速度和噪声干扰。
pcb啸叫的标准
pcb啸叫的标准随着电子产品市场的不断发展，越来越多的人开始关注PCB （Printed Circuit Boards，印刷电路板）所带来的问题。
其中一个引起广泛关注的问题是PCB啸叫（PCB Whistling）。
本文将介绍PCB啸叫的定义、成因以及相关的标准。
一、PCB啸叫的定义PCB啸叫是指在电子设备中使用的PCB在工作过程中产生的高频噪音。
这种噪音往往是由于电流在PCB上通过时，产生的共振效应引起的。
PCB啸叫不仅会影响设备本身的性能和信号传输质量，还可能对周围环境和用户造成干扰和不适。
二、PCB啸叫的成因PCB啸叫的成因主要有以下几个方面：1. 材料选择不当：PCB的材料选择对于减少啸叫问题至关重要。
如果选择的材料具有较高的介电常数和损耗因子，将增加电流通过PCB 时的阻抗不匹配，进而导致啸叫问题。
2. PCB布局不合理：PCB上的电路布局对于减少啸叫问题也起着重要的作用。
如果电流路径过长、过窄或过挤，或者电源线和信号线之间的间距过小，都会导致电磁干扰和啸叫问题。
3. 焊接质量差：PCB上的焊接质量直接影响啸叫问题的产生。
焊接不牢固或质量不佳的焊点会导致电流通过过程中的电阻增加，从而增加啸叫噪音。
4. 电流过大或频率过高：过大的电流或过高的工作频率也是引起啸叫问题的常见原因。
较大的电流会使电流通过PCB时的电压波动较大，较高的频率会导致电磁振荡增强，进而产生啸叫噪音。
三、相关的标准为了解决PCB啸叫问题并确保电子产品的质量和可靠性，一些相关的标准已经被提出和采纳。
这些标准以一些技术参数和触发条件为依据，对PCB的设计、制造和测试进行规范。
1. IPC标准：IPC（Institute for Printed Circuits）是全球电子工业协会制定的一系列PCB相关标准。
其中包括了关于电子产品设计、器件布局、电路板制造和组装等方面的规范。
IPC标准旨在实现电子产品质量的统一和提升。
2. ISO标准：ISO（International Organization for Standardization）是国际标准化组织提出的一系列标准，其中也包括了与PCB相关的规范。
高速serdes电路结构
高速serdes电路结构（原创版）目录1.高速 SerDes 电路的背景和需求2.高速 SerDes 电路的结构和关键技术3.高速 SerDes 电路在 PCB 设计中的应用要点4.高速 SerDes 电路的未来发展趋势正文一、高速 SerDes 电路的背景和需求随着云计算和网络应用的普及，数据中心和云计算服务提供商对高速数据传输的需求不断增长。
高速 SerDes（Serializer/Deserializer）电路作为实现高速数据传输的关键技术，其性能和稳定性对整个系统至关重要。
本文将探讨高速 SerDes 电路的结构、关键技术以及在 PCB 设计中的应用要点。
二、高速 SerDes 电路的结构和关键技术高速 SerDes 电路主要由发送端和接收端两部分组成，其关键技术包括：1.编码技术：为了实现高速数据传输，需要对数据进行编码，降低信号传输中的误码率。
常见的编码技术有 8B/10B 编码、NRZ（非归零倒相编码）等。
2.信号调制技术：通过调制信号的频谱，使其在传输过程中占用更少的带宽。
常见的信号调制技术有脉冲幅度调制（PAM）、脉冲宽度调制（PWM）等。
3.均衡技术：在高速信号传输过程中，信号的波形可能发生畸变。
均衡技术可以有效地补偿这种波形畸变，提高信号质量。
4.时钟恢复技术：在接收端，需要从接收到的信号中提取时钟信号，以同步数据传输。
时钟恢复技术包括锁相环（PLL）、时钟数据恢复（CDR）等。
三、高速 SerDes 电路在 PCB 设计中的应用要点在 PCB 设计中，为了保证高速 SerDes 电路的性能和稳定性，需要关注以下几个方面：1.电路布局：高速 SerDes 电路的布局需要满足信号完整性（SI）和电源完整性（PI）的要求。
信号线应尽量短且避免与其他高速信号线交叉，同时注意高速信号线的阻抗匹配。
2.电路隔离：在 PCB 设计中，高速 SerDes 电路应与其他电路模块保持足够的隔离，避免相互干扰。
电源线噪声：共模干扰、差模干扰-设计应用
电源线噪声：共模干扰、差模干扰-设计应用1、电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。
电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。
共模干扰定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。
如上图, 蓝色信号是在两根导线内部作往返传输的，我们称之为"差模"；黄色信号是在信号与地线之间传输的，我们称之为"共模"。
2.1共模干扰信号共模干扰的电流大小不一定相等，但是方向（相位）相同的。
电气设备对外的干扰多以共模干扰为主，外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰，干扰就严重了，因为有用信号都是差模信号。
2.2差模干扰信号差模干扰的电流大小相等，方向（相位）相反。
由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。
2.3共模干扰产生原因1. 电网串入共模干扰电压。
2. 辐射干扰（如雷电，设备电弧，附近电台，大功率辐射源）在信号线上感应出共模干扰，原因是交变的磁场产生交变的电流，地线－零线回路面积与地线－火线回路面积不相同，两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。
3.接地电压不一样，简单的说就电位差而造就了共模干扰。
4.设备内部的线路对电源线造成的共模干扰。
2.4共模干扰电流共模干扰一般是以共模干扰电流存在的形式出现的，一般情况下共模干扰电流产生的原因有三个方面：1. 外界电磁场在电路走线中的所有导线上感应出来电压（这个电压相对于大地是等幅和同相的），由这个电压产生的电流。
2. 由于电路走线两端的器件所接的地电位不同，在这个地电位差的驱动下产生的电流。
3. 器件上的电路走线与大地之间有电位差，这样电路走线上会产生共模干扰电流。
2.5注意事项1.器件如果在其电路走线上产生共模干扰电流，则电路走线会产生强烈的电磁辐射，对电子、电气产品元器件产生电磁干扰，影响产品的性能指标；2.当电路不平衡时，共模干扰电流会转变为差模干扰电流，差模干扰电流对电路直接产生干扰影响。
高速pcb设计注意事项
高速pcb设计注意事项
1. 确定信号层之间适当的间距，以避免串扰和交叉干扰。
2. 选择合适的PCB 材料和厚度，在考虑信号完整性和散热的情况下进行权衡。
3. 尽可能地减小电路板上的回流焊盘和贴片元件之间的距离。
4. 仔细规划电源和信号地面，保证良好的接地和电流分布。
5. 在PCB 设计过程中使用模拟和数字仿真工具来确保信号完整性。
6. 使用独立的点对点连接来减少多层PCB 堆叠中的交叉干扰。
7. 尽可能避免倒角和锐角，并确保尽可能平滑的布线。
8. 做好EMI/EMC 电磁兼容设计，遵循相关国际标准。
9. 在PCB 较大时，在焊盘附近添加焊点来保持稳定连接。
10. 验证PCB 布线是否正确，并遵循相关图像制造指南。
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高速电路PCB的电源地噪声设计
什么是电源地噪声？
为什么会产生电源地噪声？
根本原因：电源阻抗不为0
而PCB板上合理的电源系统设计可以有效地降低系统噪声
电源系统的阻抗理想电源的阻抗为0，0阻抗保证了
源端电压与负载端电压一致，因为
负载端的阻抗相对于源端的0阻抗
为无穷大，所有的噪声都将被这个
理想的电源所吸收，
但是，实际电源并不是0阻抗
电源的阻抗
平面电源的阻抗最低！？
我们无一例外地使用电源地平面作为高速电路板的电源分配系统，因为通常平面层具有比总线式的电源更低的阻抗。
是不是任何情况都是这样呢？
高速电路的电源地平面
高速电路的电源地平面构成了一个谐振腔，在其谐振频率上将表现出很高的阻抗。
如果信号工作频率或者其高次谐波正好在这个谐振频率上，那么整个系统就是一个巨大的干扰辐射源
平面谐振腔的谐振频率
平面谐振腔的谐振频率有一个计算公
式Array
其中a为正方形金属平面的边长
平面谐振腔的谐振频率点
我们常用的单
板其第一个谐
振频率点约在
200M—400M，
一个6cmX6cm
的单板其第一
个谐振频率点
约在800M左右
什么情况下产生电源噪声？
纹波与开关电源高频干扰噪声
数字电路高速总线瞬态变换噪声
过冲、振铃及串扰
器件辐射发射噪声
电源地反弹
大功率模拟电路如功放、大电流继电器
开关电源噪声指标
AVH75半砖系列电源模块典型指标
电源噪声干扰信号
开关电源与线性电源
开关电源由于其工作特性使其具有较高的效率，同时纹波较大也带来高频干扰，所以在要求比较高的场合使用开关电源会给输出加LC滤波。
线性电源纹波小，干扰小，但它本身也会消耗相当的功率，特别是输入输出压差比较大时，一般线性电源只需要电容滤波就可以了
电源分配网络作为信号回路
电源系统的一个作用是为所有产生或接收信号提供低阻抗回路，考虑这方面的设计可以消除很多高速噪声的问题
信号回路的特性
信号开关时能量的产生是高速电路中产生噪声的根源。
任一信号的开关，都产生一个交流电流，而电流需要一个回路
信号回流路径
这里VCC与GND对
交流来说是等效
的，都可以作为信
号回路
回流产生电流环
信号线与信号回路构成了一个电流环
路，这个电流环路可以看作一个线圈，具有一定的电感量。
这可能恶化信号的振铃、串扰、辐射。
环路的电感量和它所引起的问题，会随着环路包围的面积的增大而增大。
所以，最小环路面积将最小化由于电流环路而引起的振铃、串扰、辐射等问题。
高速信号的回流路径
高速信号的回流将选择阻抗最小的回流路径，主要是电感最小的路径。
对于有完整的电源参考平面的信号来说，阻抗最小的路径就是沿其信号线在参考平面层的投影回路。
如果在回路中有分割的情况，那么必然会引起较大的电流环路面积，导致较大的干扰
开槽导致更大的回流路径
电源地噪声设计高速电路PCB
低噪声电源地的设计
如何降低电源噪声
对于我们常见的单板来说，降低电源噪声的两个根本点：
降低电源阻抗
提高电源地平面系统的谐振频率
低噪声电源系统设计常用方法
屏蔽
平面分割
滤波和去耦
加接地过孔提高平面系统谐振频率电源地平面靠近
信号回路完整性
低噪声电源地的设计
第一部分
电容器分析与合理使用
电容的作用
电源地平面层能够较好的消除数百M到几个G的高频噪声，但对于较低频段的噪声就无能为力了，这时往往需要添加电容来得到较好的电源质量
系统阻抗
开关电源系统、滤波电容、高频电容及电源地平面对降低系统阻抗的贡献
实际的电容
理想电容器与实际电容器模型
电容器的频率响应曲线
电容器的谐振频率
实际的电容器可以看作一个LC串联谐振电路，其谐振频率为，实际电容器在谐振频率以下呈容性，在谐振频率以上呈感性，从频率响应图上可见电容更像一个带通滤波器，而不是一个低通滤波器
电容器的ESL与ESR
电容器的ESL和ESR是由电容的结构和所用介质决定的，而不是电容量，对于高频抑制能力并不会因更换更大容量的同类型电容而增强。
更大容量的同类型电容通常比小容量的电容具有更低的阻抗，但高于谐振频率时，ESL决定了两者的阻抗不会有什么区别。
要取得更高频的抑制能力，只能更换具有更小ESL 的电容
不同大小的同类电容频率响应曲线
高频时更大的电容并没有更低的阻抗
电容器的ESL
电容器的等效串联电感是由电容器的引脚电感与电容器两个极板的等效电感串联构成的。
ESL 在射频或高频工作环境下也会出现严重问题，虽然精密电路本身在直流或低频条件下正常工作。
产生ESL的因素
已安装在PCB上的电容器的ESL是由三个部分引起：引线焊盘电感、电容器的厚度以及电源平面的分布感应系数
这三个参数决定了电流环路，电流环路越大，电感就越大，对ESL起主要贡献的是引线焊盘，它是过孔的位置、过孔与焊盘连线长度以及过孔连接到电源地平面的路径组成的，电源地平面在PCB 层叠结构中的位置决定了过孔连接到电源地平面的路径
布线方式影响电感大小
电容器自身构造引起的电感
电容器自身对高频电流也构成一个回路，从而引起电感。
我们知道典型的电容器是用交替相连的多层金属薄膜和介质制成的，越大的电容越厚，流过的电流就有越大的电流环路，就有越大的电感。
电容器的电感基本上是由电容器的大小与制作决定了。
一个40mil（0805封装）厚的电容其本身的电感大约为4nH
大电容的内部构造大电容的内部构造
PCB中电源地平面带来的电感的影响平面层中电流在过孔处非常集中，集中
的电流形成磁场带来电感效应，而且在
平面的边缘及拐角处感应系数更大，因
为在PCB的中间电流是以四个方向流向
过孔，而在板边缘及拐角处只能从两个
方向。
电源地平面间的距离不同也会导
致不同的感应系数
平面层引起的电感
３种电感比较
降低ESL设计
焊盘连线电感、平面层分布电感以及电容器自身电感的贡献比较见图13，其中焊盘连线电感是起主要作用的。
在设计中考虑好焊盘连线方式及减小平面层间距可以将电容器的ESL降低一半以上。
降低ESL设计
通过ESL的研究让我们对电容的不同布线方案有了理论指导，我们应选择最能减小ESL的布线方案
电容焊盘到过孔的联线尽量粗、短
电容器的ESR
电容器的等效串联电阻是由电容器的引脚电阻与电容器两个极板的等效电阻相串联构成的。
当有大的交流电流通过电容器，ESR 使电容器消耗能量(从而产生损耗)。
这对射频电路和载有高波纹电流的电源去耦电容器会造成严重后果。
ESR 最低的电容器是云母电容器和薄膜电容器
不同电容器的ESR
合理选择ESR参数
电源分配系统应该在单板的频率范围内保持低阻抗，在1M到几百M的范围内使用电容器常常是很好的解决方法。
ESR 决定了电容器的最小阻抗，所以它是一个很重要的参数。
过高估计ESR会使用更多的电容器导致多余的开销，过低估计ESR又会导致不恰当的电源系统阻抗
电容器提高系统谐振频率
在电源地平面间添加电容能够有效提高平面系统的谐振频率点，而且电容数量越多，系统谐振频率越高，电容器的ESL越小，系统谐振频率也越高，电容值的大小以及电容器的ESR对系统谐振频率的影响不大
在一个10cm×10cm 四层平面板模型上做仿真分析，比较加5个0.1u 与9个0.1u 电容的情
况
电容的数量对电源谐振平面的影响
电容的寄生电感参数对电源谐振平面的影响
常用电容器类别
我们常用的电容器主要有电解电容器（包括铝电解及钽电解电容器）、陶瓷电容器、薄膜电容器等
类型典型介
质吸收
优点缺点
NPO陶瓷电容器吸收
＜0.1%
外型尺寸小、价格便宜、稳定性
好、电容值范围宽、销售商多、
电感低
通常很低，但又无法限制到很小
的数值(10nF)
聚苯乙烯电容器0.001%
～0 .02%
价格便宜、DA很低、电容值范围
宽、稳定性好
温度高于85°C，电容器受到损
害、外形尺寸大、电感高
聚丙烯电容器0.001%
～0.0 2%
价格便宜、DA很低、电容值范围
宽
温度高于+105°C，电容器受到
损害、外形尺寸大、电感高
聚四氟乙烯电容器0.003%
～ 0.02%
DA很低、稳定性好、可在+125°
C以上温度工作、电容值范围宽
价格相当贵、外形尺寸大、电感
高
MOS电容器0.01%DA性能好，尺寸小，可在+25°C
以上温度工作，电感低
限制供应、只提供小电容值
聚碳酸酯电容器0.1%稳定性好、价格低、温度范围宽外形尺寸大、DA限制到8位应
用、电感高
电容器布局
高速电路设计理论告诉我们，去藕电容要放在芯片的电源地管脚附近，那么到底要放得多近呢？要使电容器充份发挥其效能，电容器的位置是首先要关注的。