高速背板设计考虑和创新解决方案分析
预加重和均衡技术在高速背板设计中的应用
预加重和均衡技术在高速背板设计中的应用
是由高密度的连接器及背板走线引起的串扰。
串扰是高密度连接器与背板布局布线导致的一种主要噪声源。
有两种类型的串扰：近端串扰与远端串扰。
靠近受害接收器的发射器发出的信号干扰接收的信号时将引起近端串扰。
而当接收信号受到与受害接收器相连的远端发射器干扰时则会引起远端串扰。
所有这些信道损害均可在背板互连器件中用特殊的信号调整(例如预加重及均衡等)
电路来予以补偿或消除。
这些电路通过衰减低频分量及放大高频分量来补偿信号损耗。
除了信号频率对串扰有较大影响外，信号的边沿变化（上升沿和下降沿）对串扰的影响更大，边沿变化越快，串扰越大。
因此在高速背板设计时,我们不得不考率这些因素。
预加重与均衡技术
预加重：此项技术在信号发送前对其进行预扭曲，以使接收器上的信号质量如同原始发送的质量。
当信号在直流电平上保持超过一个比特的时间时，预加重就会抬高高频分量而降低低频分量。
在设计这些方法的过程中，系统设计人员必须仔细控制输出幅度以限制输出功率[1]。
接收均衡：接收均衡通过对输入数据运用相对频率特征来补偿信道的损耗特征。
有两种均衡电路：固定式与自适应式。
固定式均衡器对补偿特征进行手工设置，而自适应式均衡器则采用自适应算法来设置最佳补偿特征，这使用户能将一种器件应用于各种不同的信道。
它还能对制造偏差及环境变化给信道特征带来的变化进行自动补偿。
我们一般使用固定式均衡器，同样也可根据眼在10G的设计中，我们没有对背板和连接器要求太高，只是采用了带有预加重和接收均衡的接口芯片，从而达到了较为理想的效果。
如何在高速设计中考虑PISI和EMIEMC问题？
如何在高速设计中考虑PI/SI和EMI/EMC问题？电子设计的飞速进步，使得传统的电子系统可靠性面临新的挑战。
一个日益突出的问题就是信号完整性和电磁干扰问题。
由于电子系统的处理器频率和电子信号频率的不断提升，高速和高密会使系统的辐射加重，低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。
因此，电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰，严重地威胁着电子设备的稳定性、可靠性和安全性。
在电子产品设计中，PCB板的设计对解决EMI/EMC问题至关重要，而出色的仿真工具可以有效防止重复开模。
为了帮助工程师解决PCB设计时遇到的EMI/EMC问题，电子工程专辑网站推出《高性能PCB的PI/SI和EMI/EMC设计》专题讨论，邀请到Ansoft公司中国区高级应用工程师李宝龙和Ansoft中国高级应用工程师毛文杰博士担任论坛嘉宾与读者互动，我们基于此专题讨论，总结了高速电路PI/SI和EMI/EMC设计中经常出现的一些问题供读者参考。
关于阻抗匹配问题阻抗匹配是高频电路设计时需要经常考虑的问题，而在某些低频应用场合(比如电话线)也需要考虑阻抗匹配，有网友就产生了疑惑，究竟什么情况下需要考虑阻抗匹配。
该问题引起了工程师朋友热烈的讨论，有网友就提出，根据C=波长×频率，只要信号频率与传输线长度之积大于光速，就应该考虑阻抗匹配。
李宝龙表示，对于分布参数电路的阻抗有三种解释，一个是媒质本征特性阻抗，它仅与媒质的材料参量有关，对应于平面波波阻抗；二是波阻抗，即电场与磁场的比值，它是特定一种波型的特性，TEM波，TE波，TM波有着不同的阻抗，它与传输线或波导类型，材料特性以及工作频率有关；三是特征阻抗，即是从传输线上行波电压和电流比。
对于一般PCB上传输线，双绞线和同轴线，我们假设为电磁波传播方式为TEM波，电压和电流是唯一确定的，因而阻抗是一定的。
在实际PCB设计中，电源平面阻抗就是上述第一种。
对于信号线，低速的输入和输出端口，为了得到最大负载功率，需要端口阻抗匹配（如微波电路，功率电路等）；如果不需要负载功率，也无须做匹配(低速数字电路如此)，而此时传输线电气长度比起波长来讲微不足道，可以作为等势导体，无须阻抗匹配。
高速PCB设计指引(一)
高速PCB设计指引(一）在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。
PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。
布线时要注意输入端与输出端的连线，应避免相邻平行，以免产生反射干扰。
必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
PCB 板的设计过程是一个复杂的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。
一、电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。
所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述：（１）加上去耦电容。
（２）Ａ、加宽电源、地线；Ｂ、数字电路的地用网状连接，模拟电路的地则一点连接。
（３）做成多层板，使用电源，地线平面层。
二、数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。
因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。
数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整个PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。
数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。
也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。
从表面上看，这样做是比较合理，然而在实际的电路中，数字电路和模拟电路并没有绝对的分开，对于这种情况就不能这样简单的处理了。
高速pcb设计二
高速pcb设计二1、第一篇高密度(HD)电路的设计本文介绍，很多人把芯片规模的ＢＧＡ封装看作是由便携式电子产品所需的空间限制的一个可行的解决方案，它同时满足这些产品更高功能与性能的要求。
为便携式产品的高密度电路设计应当为装配工艺着想。
当为今日价值推动的市场开发电子产品时，性能与可靠性是最优先考虑的。
为了在这个市场上竞争，开发者还必需注重装配的效率，因为这样可以掌握制造本钱。
电子产品的技术进步和不断增长的冗杂性正产生对更高密度电路制造方法的需求。
当设计要求外表贴装、密间距和向量封装的集成电路ＩＣ时，可能要求具有较细的线宽和较密间隔的更高密度电路板。
可是，展望将来，一些已经在供应微型旁路孔、序列组装电路板的公司正大量投2、资来扩大能力。
这些公司认识到便携式电子产品对更小封装的目前趋势。
单是通信与个人计算产品工业就足以领导全球的市场。
高密度电子产品的开发者越来越受到几个因素的挑战：物理冗杂元件上更密的引脚间隔、财力贴装必需很精密、和环境很多塑料封装吸潮，造成装配处理期间的裂开。
物理因素也包括安装工艺的冗杂性与最终产品的可靠性。
进一步的财政确定必需考虑产品将如何制造和装配设备效率。
较脆弱的引脚元件，如０．５０与０．４０ｍｍ０．０２０″与０．０１６″引脚间距的ＳＱＦＰｓｈｒｉｎｋｑｕａｄｆｌａｔｐａｃｋ，可能在维护一个持续的装配工艺合格率方面向装配专家提出一个挑战。
最胜利的开发打算是那些已经实行工艺认证的电3、路板设计指引和工艺认证的焊盘几何样子。
在环境上，焊盘几何样子可能不同，它基于所用的安装电子零件的焊接类型。
可能的时候，焊盘样子应当以一种对使用的安装工艺透亮的方式来定义。
不管零件是安装在板的一面或两面、经受波峰、回流或其它焊接，焊盘与零件尺寸应当优化，以保证适当的焊接点与检查标准。
虽然焊盘图案是在尺寸上定义的，并且因为它是印制板电路几何样子的一部分，它们受到可生产性水平和与电镀、腐蚀、装配或其它条件有关的公差的限制。
高速PCB镜像层设计教程
高速PCB镜像层设计教程高速PCB板设计中，镜像层的设计可能是最重要的部分之一。
正确设计镜像层，可以使信号传输更加可靠，减少拼版成本和提高可维护性。
本文将介绍高速PCB板镜像层的设计教程，包括定义镜像层、镜像层的应用和注意事项。
一、定义镜像层镜像层是位于PCB板的另一侧的层。
如果一层连接到顶部和底部，这一层将是镜像层。
通常的情况下，信号层才会有镜像层，而地层或电源层通常没有镜像层。
镜像层可以与上层和下层进行互连和穿孔，从而通过它传递信号。
二、镜像层的应用1. 屏蔽：当在PCB板的某一层上布置了高速信号时，我们希望防止其出现较高的EMI/RFI辐射，我们可以通过在板的另一侧连接镜像层来屏蔽它们。
如果需要在高速路线上实现更好的屏蔽性能，反射层还可以用于减少EMI/RFI辐射。
2. 信号传输：为了提高信号传输速率，我们可以在镜像层上实现电缆布线。
由于远离信号层，镜像层会减少信号之间的相互干扰，因此得到更干净的信号。
同时，使用镜像层来近似“同轴电缆”的效果可以显著减少传输线上的耦合造成的损耗和噪声，特别是对于较远的发射器和接收器之间的通信。
3. 地层：就像单面板通常会有一层地面，双面板PCB也通常会有一层地面。
通过将地面连接到镜像地面上，可以增加设计的可信度和整个板块的稳定性。
通常地面面积越大，对信号的影响就越小，认真设计镜像层可以让这个地层更加稳定。
三、注意事项1. 指配：通常，位于顶层的信号电路会使用镜像层。
设计板子时，可以使用调整布局，通过翻转晶体管或集成电路来匹配它们。
现今的PCB设计软件通常都支持反转设计局部零部件，这使得使用上下层更加灵活。
2. 在板子的其他区域布局：如果一个电路板同时包含多个高速应用，你可以使用镜像层来共享成本，既应用到电源层或同一个信号架构，这样可以减少PCB板的大小和负载完全相同的区域的数量。
同时，为了简化和控制制造流程，一般要求PCB板只含有两个层。
这就需要在布置器件时考虑放置的通道，以便在PCB板的另一侧布局镜像层。
高速PCB设计指南6.
高速PCB設計指南之六第一篇混合信號電路板的設計準則類比電路的工作依賴連續變化的電流和電壓。
數位電路的工作依賴在接收端根據預先定義的電壓電平或門限對高電平或低電平的檢測，它相當於判斷邏輯狀態的“真”或“假”。
在數位電路的高電平和低電平之間，存在“灰色”區域，在此區域數位電路有時表現出類比效應，例如當從低電平向高電平(狀態)跳變時，如果數位信號跳變的速度足夠快，則將産生過沖和回鈴反射現象。
對於現代板極設計來說，混合信號PCB的概念比較模糊，這是因爲即使在純粹的“數位”器件中，仍然存在類比電路和類比效應。
因此，在設計初期，爲了可靠實現嚴格的時序分配，必須對類比效應進行仿真。
實際上，除了通信産品必須具備無故障持續工作數年的可靠性之外，大量生産的低成本/高性能消費類産品中特別需要對類比效應進行仿真。
現代混合信號PCB設計的另一個難點是不同數位邏輯的器件越來越多，比如GTL、LVTTL、LVCMOS及LVDS邏輯，每種邏輯電路的邏輯門限和電壓擺幅都不同，但是，這些不同邏輯門限和電壓擺幅的電路必須共同設計在一塊PCB上。
在此，通過透徹分析高密度、高性能、混合信號PCB的佈局和佈線設計，你可以掌握成功策略和技術。
一、混合信號電路佈線基礎當數位和類比電路在同一塊板卡上共用相同的元件時，電路的佈局及佈線必須講究方法。
圖1所示的矩陣對混合信號PCB的設計規劃有幫助。
只有揭示數位和類比電路的特性，才能在實際佈局和佈線中達到要求的PCB設計目標。
圖1：類比和數位電路：混合信號設計的兩個方面在混合信號PCB設計中，對電源走線有特別的要求並且要求類比雜訊和數位電路雜訊相互隔離以避免雜訊耦合，這樣一來佈局和佈線的複雜性就增加了。
對電源傳輸線的特殊需求以及隔離類比和數位電路之間雜訊耦合的要求，使混合信號PCB的佈局和佈線的複雜性進一步增加。
如果將A/D轉換器中類比放大器的電源和A/D轉換器的數位電源接在一起，則很有可能造成類比部分和數位部分電路的相互影響。
浅谈高速PCB的设计经验
浅谈高速PCB的设计经验摘要：本文旨在探讨高速PCB设计的经验教训，重点介绍了PCB设计中的布线和布局要点，及其对高速信号传输的影响。
结果表明，正确的布线方案可以改善信号传输性能，有效地减少板上各种电气问题。
关键词：高速PCB，设计，布线，布局，信号传输正文：随着电子产品发展的不断深入，设计高速PCB在电子产品中的占有率越来越大。
因此，设计高速PCB的人们开始更加重视PCB的设计技术，以提高产品的工作性能。
其中最重要的是合理的布线和布局。
高速PCB的布线要求严格，一般应该采用对称的布线结构，必要时可以使用独立的布线总线。
布线过程中要注意过孔、变压器、厚度、型号等问题，还有完整性、灵活性和兼容性。
另外，端到端的流量不能在PCB上穿过，而是应该在终端之间相互连接。
PCB的布局要求也相对较高，应注意半导体芯片风扇、信号通路、孔补充和热负载等性能。
对于一般的信号线，要保持其平行不受外界干扰；精细的信号线，如阵列线，则要注意孤立，避免影响整体的信号传输性能。
正确的PCB设计可以改善产品的工作性能，从而改善高速信号传输的效果。
设计时要注意布线和布局的要点，以获得最佳的高速信号传输性能。
设计高速PCB的另一个话题是绝缘层的管理。
绝缘层的使用可以有效地避免电源线、信号线之间交叉，并且可以减少PCB表面上的无用端口，以优化电路布线效果。
同时，还要有效地引入终端设备，完成各种结构和元件之间的布线，如接口、变压器、滤波器等，这些都体现了高速PCB设计中的复杂性。
此外，高速PCB设计还要特别关注热负载问题。
由于半导体器件发热量大，因此必须将它们与PCB上的其他元件隔离开来，以免产生热端口的影响。
另外，要注意固定硅胶应用的情况，应尽可能使用少量的硅胶，以节省空间。
设计高速PCB充满挑战，通过本文系统性地介绍了PCB设计中各种要点和技术要求，以便大家更好地理解高速PCB设计。
正确的设计可以改善产品的性能，充分利用信号的传输性能，满足用户的要求。
高速电路板的设计方法介绍
高速电路板的设计方法介绍高速电路板的设计方法介绍一、引言高速电路板的设计是现代电子设备设计中的一个重要环节。
随着数字通信、计算机网络和移动通信的迅猛发展，高速电路板的需求也越来越迫切。
在高速电路板设计过程中，如何保证信号传输的稳定性和可靠性是一个非常重要的问题。
本文将介绍一些高速电路板的设计方法，以帮助读者更好地进行高速电路板设计。
二、高速电路板的特点高速电路板的特点是信号频率高、传输速度快、信号波形陡峭。
这些特点造成了以下几个问题：1. 信号完整性：由于信号传输速度快，信号波形陡峭，会导致信号完整性问题，例如信号的反射、串扰、时钟抖动等。
这些问题都会影响信号的传输稳定性，因此需要采取一系列措施来解决。
2. 电磁兼容性：高速电路板上的信号传输往往伴随着电磁辐射和敏感度，因此需要采取一系列电磁屏蔽和抑制方法来保证电磁兼容性。
3. 导线长度和走线布局：在高速电路板设计中，导线长度和走线布局的合理安排对信号传输有很大的影响。
合理的布局可以减小信号传输的延迟和串扰，保证信号的传输稳定性。
三、高速电路板设计的方法1. 信号完整性设计方法：（1）端口匹配：由于高速信号传输速度快，对于驱动输出和接收输入端口的匹配非常重要。
可以通过匹配控制阻抗和使用差分信号传输等方式来提高信号完整性。
（2）布线规则：在布线过程中，需要考虑信号线的走向、长度和层次。
可以采用等长电平、分层布线、减小串扰等方法来提高信号完整性。
（3）控制信号源：信号源的波形和电平控制也是保证信号完整性的重要因素。
需要通过合理的设计来减小信号的反射和串扰。
2. 电磁兼容性设计方法：（1）屏蔽和抑制：可以通过采用屏蔽盒、层间屏蔽、电磁屏蔽材料等方式来减小电磁辐射。
同时，还可以采用电源捶击器、衰减器等抑制器件来减小敏感度。
（2）地线设计：地线是高速电路板设计中的一个重要因素，合理的地线设计能减小电流回路的环路面积，降低电磁辐射。
（3）滤波器设计：可以在高速电路板上增加一些滤波器来减小电磁辐射和敏感度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高速背板设计者面临信号衰减、符号间干扰(ISI)及串扰等几项主要挑战。具
有创新信号调整技术的芯片产品(如高速背板接口解决方案)可有效解决这些
系统级难题，使系统厂商能为其客户提供高性能及可升级的系统，并减少开
发时间及成本。
路由器、以太网交换机及存储子系统等基于模块化机箱的系统中，高速背板
要求有高等级的信号完整性及更高的系统吞吐量。面向这些应用的系统供应
商为了用一种经济且及时的方式来设计这些高速背板，正面临众多挑战。他
们还必须保护其客户在原有线卡、机箱及电源上的投资，同时还必须支持更
高的性能及提供更新的服务。
今天，一些系统中的背板正采用5Gbps或更高速的串行链路技术运行。为设
计能以这种速率工作的高可靠系统，要求芯片厂商提供确保在背板中进行无
错误传输的解决方案。本文将阐述基于模块化机箱系统中的高速背板及其设
计挑战，同时将讨论能解决这些挑战的芯片解决方案。
基于模块化机箱的系统实例
像核心路由器、企业级交换机及存储子系统等模块化机箱系统，全都拥有高
速背板及多个线卡。通过增加更多的线卡以及提高线卡端口密度，可提高系
统性能及容量。这些系统均为模块化，可独立进行扩展。它们还被设计成具
有高可用性以确保连续运行。
这些系统由含有冗余开关卡、线卡及电源模块的插槽组成。它们可配备冗余
组件来增加安装的可靠性及可用性。图1为一种典型的基于模块化机箱的系
统配置。背板接口解决方案(亦称为高速串行连接)提供高速背板间的全双工
通信。串行连接器件的速度取决于系统吞吐量要求。串行连接通过高速差分
信号来传输数据。然后此差分信号又通过线卡及连接器路由，穿过背板并经
过另一组高密度连接器。其信道特征取决于背板材料、连接器密度、走线宽
度/耦合等。在典型的路由器中，根据线卡插入这些走线中的位置，走线长度
可在1英寸至48英寸范围内。
这些模块化机箱系统中的背板接口器件具有以下一些关键要求：
1．提高速度：接口器件应能满足系统设计者不断提高的带宽要求。芯片厂
商目前正出售速率并在提供 解决方案的样品，以实现对现有背板中的解决
方案进行升级。通过简单的开关卡升级，系统厂商可再利用现有机箱及线卡，
同时提供一种向更高带宽线卡的升级途径，以低成本来为客户提供更多的服
务；
2．后向兼容性：背板接口器件要求能以原有线卡速度工作，以便与原有线
卡兼容；
3． 高密度及低功耗：为应付日益增加的网络流量，这些系统需要更小的占
位面积及更高的性能和密度，且不会额外增加的功耗。因此对功耗更低、速
度更快的背板器件的需求始终存在。
4． 可制造性及可测试性：背板接口器件需要整合JTAG及BIST等功能，
来实现原型创建及制造期间的芯片级和系统级测试。
高速背板设计考虑
随着数据速率超出1Gbps水平，设计人员必须解决其背板系统设计中的新问
题。这些背板的信号完整性受趋肤效应、介电损耗、串扰引起的更大噪声以
及符号间干扰(ISI)等因素的影响。
趋肤效应是这样一种现象，即随着频率的增加，大部分电流将集中于外部导
体上。由趋肤效应所引起的损耗与频率的平方根、走线的宽度和高度成正比。
介电损耗是由板电介质热损耗所引起，且随频率线性增加。在较高频率上，
介电损耗便成为一个较严重的问题。这些损耗不仅降低信号的幅度而且还减
慢信号的边缘速度，进而造成信号发散及抖动容限较差。 因为衰减较少的
低频分量与衰减较多的高频分量在接收器上相加，信号发散将导致符号间干
扰。结果，其眼图开口变小，因此更难在接收端上恢复，从而导致无法接受
的误码率。这限制了最大位速率。另一种解释此现象的方式是，信号“变脏”
或发散，致使能量逐位下降，进而产生误码。在较低速率上，可对ISI进行
校正，因为有足够的时序余量。但在较高速率上，ISI不再只限于信号边界，
而是能影响整个位宽度。
噪声的主要来源是由高密度的连接器及背板走线引起的串扰。串扰是高密度
连接器与背板布局布线导致的一种主要噪声源。有两种类型的串扰：近端串
扰(NEXT)与远端串扰(FEXT)。靠近受害接收器的发射器发出的信号干扰接
收的信号时将引起NEXT。而当接收信号受到与受害接收器相连的“远端发
射器”干扰时则会引起FEXT。所有这些信道损害均可在背板互连器件中用特
殊的信号调整(例如预加重及均衡等)电路来予以补偿或消除。这些电路通过
衰减低频分量及放大高频分量来补偿信号损耗。
创新信号调整技术
背板接口器件的关键作用是解决损耗及串扰等信道损害问题，并由此而延长
背板的使用寿命。接口发射器拥有幅度控制及预加重等信号调整电路。
同样，背板接口接收器采用均衡技术来控制损耗。另外，这些器件还要求具
有JTAG及BIST等可测试特性，以在制造时能进行系统级测试。美国国家
半导体公司的四路5Gbps SerDes可满足所有这些要求的。以下对四路5Gbp
s背板收发器SCAN50C400对及其它高速背板接口器件所采用的信号完整性
技术进行详细介绍。
预加重与去加重：此项技术在信号发送前对其进行预扭曲，以使接收器上的
信号质量如同原始发送的质量。当信号在直流电平上保持超过一个比特的时
间时，预加重就会抬高高频分量而降低低频分量。在设计这些方法的过程中，
系统设计人员必须仔细控制输出幅度以限制输出功率。
接收均衡：接收均衡通过对输入数据运用相对频率特征来补偿信道的损耗特
征。有两种均衡电路：固定式与自适应式。固定式均衡器对补偿特征进行手
工设置，而自适应式均衡器则采用自适应算法来设置最佳补偿特征，这使用
户能将一种器件应用于各种不同的信道。它还能对制造偏差及环境变化给信
道特征带来的变化进行自动补偿。
接收均衡功能既可集成到背板接口器件中，也可在独立器件中执行。在独立
器件中执行接收均衡的优势是可提供最佳的布线优势及设计灵活性。
串扰噪声消除：除预加重及接收均衡技术外，在某些系统中也采用串扰消除
技术。这些芯片采用这样一种噪声消除机制，即对邻近信道上的噪声进行采
样，然后再将其从信号中减掉。