高速数字系统印刷电路板的设计要点
印制电路板设计规范
印制电路板设计规范一、引言印制电路板（PCB）在电子设备中起到了至关重要的作用，设计规范的制定能够有效提高PCB的可靠性和性能，本文将介绍印制电路板设计过程中的一些规范和注意事项。
二、设计原则1. 信号完整性•保持信号线的正确匹配阻抗，避免信号受到干扰。
•避免信号线之间的串扰。
2. 电源与接地•保证电源线的稳定供电，避免噪声干扰。
•合理设计接地，减小接地回路的环路面积。
•分离模拟和数字接地。
3. 热管理•合理布局散热元件和通风口，保证PCB工作温度在安全范围内。
三、设计流程1. 原理图设计•使用专业原理图设计软件，保证电路连接正确。
•避免过度交叉和布线不规范。
2. PCB布局•根据原理图设计规范布局元件，合理安排元器件位置。
•确保元件之间的间距和走线宽度符合要求。
3. 差分对布线•差分对通常用于高速传输信号，确保差分对的匹配性能。
四、元器件选择1. 封装选择•根据PCB尺寸和布局要求选择合适封装的元器件。
•避免封装过大或过小导致的布局问题。
2. 材料选择•选择质量可靠的PCB材料，考虑热膨胀系数和介电常数等因素。
五、PCB厂商选择1. 品质•选择具有良好信誉和高品质工艺的PCB厂商。
•考虑PCB厂商的交期和售后服务。
2. 成本•结合成本预算和PCB质量要求，选择性价比高的PCB厂商。
六、结论设计规范对于PCB的质量和性能至关重要，设计者应遵循相关规范，确保PCB设计的可靠性和稳定性。
同时，不断学习和改进设计技术，提高自身的设计水平和经验。
以上是关于印制电路板设计规范的一些介绍，希望对PCB设计者有所帮助。
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高速PCB设计指南之四
高速PCB设计指南之四第一篇印制电路板的可靠性设计目前电子器材用于各类电子设备和系统仍旧以印制电路板为要紧装配方式。
实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利阻碍。
例如，假如印制板两条细平行线靠得专门近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。
因此，在设计印制电路板的时候，应注意采纳正确的方法。
一、地线设计在电子设备中，接地是操纵干扰的重要方法。
如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。
电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。
在地线设计中应注意以下几点：1.正确选择单点接地与多点接地低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感阻碍较小，而接地电路形成的环流对干扰阻碍较大，因而应采纳一点接地。
当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得专门大，现在应尽量降低地线阻抗，应采纳就近多点接地。
当工作频率在1～10MHz时，假如采纳一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采纳多点接地法。
2.将数字电路与模拟电路分开电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。
要尽量加大线性电路的接地面积。
3.尽量加粗接地线若接地线专门细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。
因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三位于印制电路板的承诺电流。
如有可能，接地线的宽度应大于3mm。
4.将接地线构成闭环路设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭环路能够明显的提高抗噪声能力。
其缘故在于：印制电路板上有专门多集成电路元件，专门遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。
二、电磁兼容性设计电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够和谐、有效地进行工作的能力。
高速电路板的设计方法.
高速电路板的设计方法引言当今对于系统的设计来说，最重要的因素就是速度。
我们通常采用的是66MHz~200MHz 的处理器， 233MHz 和 266MHz 处理器的应用也越来越广泛。
提出高速要求的原因有两个：一、要求系统在人们认为适合的时间帧中完成复杂的任务。
比如说，即使是最基本的计算机动画制作也需要通过处理大量的信息才能够完成。
二、元件厂商能够生产出高速器件。
目前，可编程阵列逻辑（ PAL ®）器件可提供的传输延迟是 4.5 ns ，而复杂的 PLD （如 MACH ®）的传输延迟是 5ns ，这似乎是快速的，但并不是传输延迟造成的，其实快速的传输延迟是由快速的边沿速率获得的。
将来会出现速度更快的器件，可以提供相对更快速的边沿速率。
高速系统的设计不仅需要借助快速的元件，而且需要精心的设计。
器件的模拟部分和数字部分同等重要。
高速系统存在的主要问题是噪音的产生，高频能够辐射并造成干扰，相应的快速边沿速率可能会产生振荡、反射和串扰现象，如果不能及时检查出来，这种噪音可能会大大地降低系统的性能。
本文对利用 PC 板布局实现高速系统的设计进行了概述，主要内容包括： ✧电源分布系统及其对供膳寄宿处产生的影响； ✧传输线路以及相关的设计规则；✧串扰的产生和消除；电磁干扰1.电源分布电源分布网络是高速电路板设计中最重要的考虑因素。
无噪音的电路板必需无噪音的电源分布网络。
注意，设计无噪声的 V CC 和无噪声的地一样重要。
本文主要论述的是 AC 用途，因此 V CC 就是地。
电源分布网络还必须为电路板上所有信号提供返回路径。
由于返回路径的作用在低频时不很明显，所以常常被忽视，而许多设计即使在返回路径的特性被忽视的情况下也能运行。
1.1.电源分布网络作为电源1.1.1.阻抗的作用假设有一块带有数字 IC 和 +5.0V 电源的电路板，规格为 5� x 5�，目的是将+5.0V 电压正确地传递到电路板上每个器件的电源引脚，而不用考虑器件相对于电源的位置。
高速电路板设计与布线算法优化
高速电路板设计与布线算法优化随着科技的不断进步和发展，高速电路板设计与布线算法优化变得越来越重要。
高速电路板具有更高的传输速率和更低的延迟，因此在设计和布线过程中需要考虑到许多因素，以确保电路板的性能和稳定性。
本文将介绍高速电路板设计与布线算法优化的重要性和相关技术。
首先，高速电路板设计需要考虑信号完整性。
在高速传输过程中，信号可能会受到噪声和干扰的影响，从而导致数据传输错误。
为了保证信号的完整性，设计师需要采取一系列措施，例如使用阻抗匹配、电磁屏蔽和信号捕捉器等技术来降低噪声和干扰。
其次，布线算法优化也是高速电路板设计的重要环节。
布线是将电路中的元器件和导线连接起来的过程。
为了提高电路的性能，设计师需要优化布线算法。
布线算法是指在给定的布线约束条件下，通过合理的路径规划和导线长度等因素的优化来实现最佳的电路性能。
在高速电路板设计中，信号的传输速率和延迟是关键因素。
为了提高传输速率，设计师可以采用多层布线和驱动器放大等技术。
多层布线可以增加信号传输的通道数量，从而减少信号干扰。
驱动器放大可以增强信号的强度，使信号能够更远距离传输。
而为了降低延迟，设计师可以采用直通线路、短路径等技术，以减少信号的传输时间。
除了以上技术，还有一些其他的高速电路板设计和布线算法优化的技术值得注意。
例如，时钟分配算法可以用于确定时钟信号的传输路径，以确保时钟的稳定性和准确性。
同时，设计师还可以使用差分信号传输、终端匹配和线对线间距等技术来提高信号的抗干扰能力和传输质量。
随着电子设备和通信技术的不断发展，高速电路板设计和布线算法优化变得越来越复杂。
为了有效应对这种复杂性，设计师可以使用计算机辅助设计（CAD）工具来帮助完成设计任务。
CAD工具可以提供可视化的设计界面，以及各种分析和仿真功能，从而提高设计的准确性和效率。
总之，高速电路板设计与布线算法优化是现代电子设备和通信系统中至关重要的一环。
通过考虑信号完整性、传输速率和延迟等因素，以及使用多种技术和CAD工具，设计师可以实现高性能和稳定的电路板设计。
高速pcb设计指南之一
高速PCB设计指南之一第一篇PCB布线输入端与输出端的边线应避免相邻平行，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。
1 电源、地线的处理（1）、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
（2）、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)（3）、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
2 数字电路与模拟电路的共地处理数字电路的频率高，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，整人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。
3 信号线布在电（地）层上在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。
首先应考虑用电源层，其次才是地层。
因为最好是保留地层的完整性。
4 布线中网络系统的作用标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
5 设计规则检查（DRC）布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：（1）、线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。
高速PCB板设计word版
高速PCB板设计由于I/O的信号的快速切换会导致噪声产生、信号反射、串扰、地反弹，所以设计时必须注意：1.电源渗透并平坦分布到所有器件中以减少噪声；2.为信号（包括时钟和差分信号）使用建议的布线技巧；3.阻抗匹配和终端设计估计；4.终止信号和传输线以减少信号反射；5.最小化并行走线的串扰；6.减少地反弹的影响。
电源过滤和分布所有电路板和器件上干净、平台分布电源Vcc可以减少系统噪声。
滤除由供电源处产生的低频（<1kHz）噪声，建议就近供电源入口处放置100uF的电解电容；若使用电压调整器，直接放置电容到最终给器件供电的Vcc处。
电容不经滤除供电源产生的低频噪声，而且也能为许多输出切换同时发生时提供额外的电流。
另一种滤除供电源噪声的方法是串入一个铁氧体磁珠，并就近磁珠放置一个10uF-100uF的旁路电容。
一个合理的终端、布局、滤波的设计不需要磁珠，使用一个0欧姆的电阻取代即可。
为了滤除器件中的高频噪声，建议就近Vcc和GND放置退耦电容。
电源分布也会影响系统噪声。
总线分布的电源和电源面（独立电源层）都会散布电源到PCB中。
通常两层板的电源采用总线分布式，PCB的密度限制了走线宽度，电源总线有DC阻抗，总线上最后的元件接收到Vcc可能会被削减了最多0.5V。
因此，建议使用独立的电源层传播电源，可以有效降低DC阻抗。
关于模拟电源和数字电源，如果无法做到使用独立的层，那么应该进行电源平面的切割。
图2就是PLL电源供电隔离的例子。
减少电源分布产生的系统噪声：1.为平坦式电源分布使用独立的模拟电源供电；2.PLL电源供电避免走线和多信号层；3.靠近PLL电源供电面仿真一个地层面；4.只能把模拟和数字元件放置在它们相应的地平面上；5.使用磁珠隔离PLL供电源和数字供电源。
传输线和信号走线快速切换导致噪声产生、信号反射、串扰、地反弹的不同程度，取决于PCB原材料结构特性。
PCB 板的介电常数Er，决定了信号在板上的传输速率，下面的公式即介电常数和信号传播速率的关系（C =光速= 3×(10的8次方) m/s）：Vp = C / (Er开根号)计算信号在PCB板上的传播延时Tpd = l / Vp。
印制电路板设计原则和抗干扰措施
印制电路板设计原则和抗干扰措施印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）设计是电子产品设计中非常关键的一部分，其设计原则和抗干扰措施对于电路性能和可靠性有着重要的影响。
下面将详细介绍印制电路板设计的原则和抗干扰措施。
一、印制电路板设计原则1.合理布局电路元件：在布局电路元件时，要根据电路功能和信号传输的要求，合理放置各元器件，减少信号线的长度，尽量减少信号线之间的交叉和平行布线，以减小串扰和电磁辐射的影响。
2.最短路径布线：信号线的长度对于高频电路尤为重要，因为在较高的频率下，信号线会表现出电感和电容的性质，对信号引起较大的干扰。
因此，对于高频信号线，需要尽量缩短信号路径，减小电感和电容效应。
3.控制传输线宽度和间距：传输线的宽度和间距会影响阻抗和串扰。
准确计算和控制阻抗可以避免发生信号反射和衰减。
而间距的控制可以减小串扰影响。
因此，在设计中应考虑到实际信号需求，计算并确定传输线的宽度和间距。
4.分层布线：对于复杂的电路设计，分层布线可以将不同功能的信号线分隔开，减小相互之间的干扰。
较高频的信号线可能需要从内层电路板层穿过，这时就需要提前规划分层布线，以保证信号的完整性和正常传输。
5.地线设计：地线是电路中非常重要的参考线，用于提供参考电平和回路。
因此，在进行印制电路板设计时，要考虑地线的设计，确保地线的连续性、稳定性和低石英。
6.飞线布线：飞线布线常用于解决布线空间不足、信号线错位等问题。
在进行飞线布线时，要准确把握长度和位置，避免信号串扰和干扰，尽量使飞线短小精悍。
1.控制层间电容和层间电感：层间电容和层间电感会导致电磁干扰，因此，在进行PCB设计时，要注意层间电容和电感的控制，尽量减少干扰的发生。
可以通过减小板厚、增加层间绝缘材料的相对介电常数、增加层间电缝等手段来降低层间电容和层间电感。
2.象限规划：将信号线按照功能和高低频分布到各象限中，可以降低相互之间的干扰。
例如，可以将数字信号和模拟信号放置在不同的象限中，避免信号之间的相互干扰。
高速印制电路板设计
工 业 技 术
高速 印制 电路板设计
林 初 善’ 冉金 志 李倩 茹 ’ 邵 云 飞
－
院
１概述
ｆ
３信号的完整性保 证与电磁干扰控制
３ ． １ 信号 反射 控制
随着微 电子技术的发展 ，速度已成为许 多系统设计 中 需要考虑的最重要 因素之一。对于高速系统的设计 ，无论
是 数 字 电 路 还 是 模 拟 电路 ，噪 声 是 一 个 最 值 得 关 注 的 问 题 。高频 信 号会 由于辐 射 而产 生 干 扰 ，亦 会导 致 振铃 、反 射 以及 串扰 等 ，如 果不 加 以控制 ，会严 重 降低 系统 性能 。 本文 将 就 高速 信 号 反射 控 制 、 串扰控 制 、电 磁干 扰控 制 以 及叠 层 设计 等 方面 讨论 高 速 Ｆ Ｎ ａ ！ ｌ 电路板 设 计 中需 要注 意 的几 个噪 声控 制 问题 。
１ ． 西 安 通 信 学 院 ， 陕 西 西安 ７ １ ０ １ ０ ６
２ ． 中国人 民解放 军７ ６ Ｉ Ｉ Ｏ 部 队７ ５ 分 队，河 南 衡 阳 ４ ２ １ ０ ０ ８
摘要 分析 了高速 印制 电路 板设 计中的 几个难 点问题 ，重 点介 绍 了信 号完整性和 电
１ ２ ５
串扰可以使信号 中增加干扰频率成分 ，导 致信号质量变 差，严重时接收端将无法接收信号 。电磁干扰是指系统通
过 传 导 或辐 射 的 方式 发 射 电磁 波影 响 其他 系统 或本 系 统 内 其 他 子 系统 的 正 常工 作 。 它会影 响 本 系统 及 其 他 系统 的正 常运 行 ，也应 该 进行 严格 的控 制 。
高速pcb设计规则
高速pcb设计规则
高速PCB设计规则是指在设计PCB时需要遵循的一系列规则和原则，以确保信号传输的质量和稳定性。
高速 PCB 的设计需要考虑多
种因素，如信号传输速度、信号波形、传输距离、干扰等等。
以下是一些常见的高速 PCB 设计规则：
1. 避免信号线的走线路径过长，尽可能缩短信号线的长度，以
减小信号传输延迟和损耗。
2. 保证信号线之间的距离足够大，以避免互相干扰，同时也能
降低信号串扰的风险。
3. 使用合适的层次结构设计，尽可能将信号线和电源线分离，
以减少干扰和噪声。
4. 在 PCB 的布线中，保证地线和供电线的宽度足够宽，以确保稳定的供电和地面连接。
5. 在 PCB 的布线中，避免过多的弯曲或拐角，以减小信号传输中的损失和延迟。
6. 选用合适的 PCB 材料和厚度，以满足高速信号传输的需求。
7. 注意 PCB 的电磁兼容性，通过合理的布线和屏蔽来减少干扰。
以上是高速 PCB 设计中的一些基本规则，但实际上，高速 PCB 的设计涉及的方面非常广泛，需要根据具体的应用场景来进行设计。
为了保证高速 PCB 的质量和可靠性，需要有专业的技术人员进行设
计和测试。
- 1 -。
利用高速FPGA设计PCB的要点及相关指导原则
利用高速FPGA设计PCB的要点及相关指导原则随着现场可编程门阵列(FPGA)已发展成为真正的可编程系统级芯片，利用这些芯片设计印制电路板(PCB)的任务变得愈加复杂。
目前动辄数百万门的电路密度和6Gbps以上的收发器数据传输率及其它考虑事项影响着系统开发人员在机械和电气方面的板级设计工作。
裸片、芯片封装和电路板构成了一个紧密连结的系统，在这个系统中，要完全实现FPGA的功能，需要对PCB板进行精心设计。
采用高速FPGA进行设计时，在板开发之前和开发期间对若干设计问题进行考虑是十分重要的。
其中包括：通过滤波和在PCB板上的所有器件上均匀分配足够功率来减小系统噪声；正确端结信号线，以把反射减至最小；把板上迹线之间的串扰降至最低；减小接地反弹和Vcc降低(也称为Vcc凹陷)的影响；正确匹配高速信号线上的阻抗。
任何人在为性能极高的FPGA设计IC封装时，都必须特别注意信号完整性和适于所有用户和应用的多功能性之间的平衡问题。
例如，Altera最大的Stratix II GX器件采用1,508引脚封装，工作电压低至1.2V，并具有734个标准I/O、71个低压差分信令(LVDS)信道。
它还有20个高速收发器，支持高达6.375Gbps的数据率。
这就让该架构能够支持许多高速网络和通信总线标准，包括PCI Express和SerialLite II。
在设计中，用户可以通过优化引脚排列来减少串扰。
信号引脚应该尽可能靠近接地引脚，以缩短封装内的环路长度，尤其是重要的高速I/O。
在高速系统中，主要的串扰源是封装内信号路径之间的电感耦合。
当输出转换时，信号必须找到通过电源/接地平面的返回路径。
环路中的电流变化产生磁场，从而在环路附近的其它I/O引脚上引起噪声。
同时转换输出时，这种情形加剧。
因为环路越小，感应就越小，故电源或接地引脚靠近每个高速信号引脚的封装可以把附近I/O引脚上的串扰影响减至最小。
为了把电路板成本降至最低，并把所有信号路径的系统信号完整性提高到最大，需要对电路板材料、分层数目(堆叠)和版图进行精心的设计和构建。
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高速数字系统印刷电路板的设计要点XK e y Poi nts i nD e s i gn of Pri nte d Ci rcui t Boardfor H i gh Spe e d D i gi tal Sy s te m西安电子科技大学模式识别与智能系统研究所 西安 孙继业 赵亦工=摘 要> 讨论了高速数字系统印刷电路板中信号完整性问题的形成原因 并结合实例总结了设计此类印刷电路板的一般要点"关键词 印刷电路板 信号完整性 电磁干扰 延迟 阻抗匹配=Abs t ract > ¦ÉÒÓÔ ÔÈÅÃÁÕÓÅÏÆÔÈÅÐÒÏÂÌÅÍÓÁÂÏÕÔÓÉÇÎÁÌÉÎÔÅÇÒÉÔÙÉΰÒÉÎÔÅÄ£ÉÒÃÕÉÔ¢ÏÁÒÄ °£¢ ÏÆÃÏÍÐÌÉÃÁÔÅÄÁÎÄÈÉÇÈÓÐÅÅÄÅÌÅÃÔÒÏÎÉÃÓÙÓÔÅÍÉÓÄÉÓÃÕÓÓÅÄ ´ÈÅÎÓÏÍÅËÅÙÐÏÉÎÔÓÉÎÄÅÓÉÇÎÉÎÇÓÕÃÈËÉÎÄÓÏÆ°£¢ÁÒÅÓÕÍÍÁÒÉÚÅÄK e y words pri nt e d ci rcui t board s i gnal i nt e gri t y e l e ct ro m agne t i c i nt e rf e re nce de l ay i m pe dance m at chi ng1 引 言就在几年前 在绝大多数数字信号处理系统印刷电路板的设计中 信号完整性还没有作为十分重要的问题来考虑"随着实际应用对数字信号处理系统要求的日益提高 时钟频率超过 ¨Ú!信号边沿的上升时间或下降时间小于 ÎÓ的系统随处可见"越来越复杂!高速的系统给印刷电路板的设计提出了严格的要求 信号延迟!反射及相互间的电磁干扰等一系列在低速数字系统中未给予充分重视的问题 对高速数字系统工作可靠性的影响正在变得越来越关键"因此在高速印刷电路板设计中必须认真地考虑和对待信号传输以及信号质量等方面的问题"2 信号完整性概念信号完整性³© ³ÉÇÎÁÌ©ÎÔÅÇÒÉÔÙ 是指电路传输信号时对信号波形的保真程度 以及与邻近空间其它信号间的相互影响程度"良好的信号完整性是指信号通过传输电路后 信号接收端看到的波形与信号发送端发送的波形在容许的误差范围内保持一致 并且空间邻近的传输信号间的相互影响在容许的范围之内"信号完整性研究的问题包括两个方面 一是传输电路如何影响信号的传输 二是为了保证良好的信号完整性 对传输电路的调整"信号完整性问题处理的好坏直接关系到系统能否正常工作"信号延迟!反射!串扰等信号传输带来的问题致使信号品质变坏 严重时会导致信号逻辑错误 有时较大的过冲形成的正向和反向高电压甚至可能烧坏元器件"形成信号完整性问题的根本原因是传输信号频率的提高 这使得必须用波动的观点看待电路中传输的信号 同时必须以电磁辐射和接收的观点看待邻近空间传输信号之间的相互作用"高速数字电路系统均工作于较高的时钟频率 为了保证脉冲信号的有效时间 必须减少脉冲信号的上升和下降时间"高速数字系统中 脉冲信号的有效时间取决于系统的时钟频率 它的数值一般都是信号上升和下降时间的数倍以上 因此信号传输的波动频率由信号的上升或下降时间决定 而不是由系统的时钟频率来决定"信号特别陡的上升沿和下降沿带来的影响分两个方面第一 增大传输路径上信号反射带来的波形畸变"信号波形的失真与信号上升!下降时间成反相关 与信号线的长度 延迟 成正相关1 2"当元器件管脚间的连线长度超过驱动信号上升时间或下降时间对应的信号传输有效长度 在特定时间内信号在°£¢中能够传输的距离 数值上为信号传输速率与这段时间的积" 的 ö 时 导线就不能被看作是集总参数条件下的理想导线 而应被看作是具有分布参数的传输线1 2 进而必须用波动的观点考虑信号反射的影响"反射信号与入射信号的迭加使得信号波形发生畸变"上升时间或下降时间越小 信号传输时的波动频率越高 这种不良作用就会越大"第二 增大线间的电磁干扰))串扰"线间的电磁干扰与信号上升!下降时间成反相关 与布线密度成正相关 与信号线相对平行长度成正相关"信号上升!下降时间越短 信号线上瞬时电流变化越快 形##X收稿日期 ) )成的电磁场频率越高 信号辐射的电磁能量越大 线间距越小 相对平行长度越长 对邻近信号线感应越强烈"在高速系统中 承载信号的传输线有明显的天线效应 不但自己发出电磁波干扰别的信号 而且也容易被别的信号干扰"同时 在信号传输线的正下方的电源或地平面上会产生相应的回路电流 同样会对其它信号产生串扰"串扰会导致受侵害的信号在侵害主动方发生电平转换时的振荡 恶化信号品质 严重时可能导致信号不可用"由于串扰一般是间歇发生的 因此当°£¢已经生产出来以后 很难发现是否存在串扰以及串扰的危害程度"根据对信号完整性产生机理的分析 只要系统中使用了电平转换速度很高的元器件 时钟频率低的系统也可能发生信号完整性问题"因此 原本设计好并正常工作的系统 在更换新的!电平转换速度更高的元器件后 极有可能不能正常工作"3高速数字系统PCB设计要点高速数字系统的特征与模拟系统越来越接近 因此在其设计中越来越多地使用模拟系统的设计方法"以前那种只凭经验的设计方法已经逐步被淘汰 现在 一般的做法是在¥¤¡设计环境中采用前仿真!后验证的设计方法 尽可能在设计阶段彻底解决信号完整性问题"下面结合作者在实际工作中设计的一块高速数字系统的印刷电路板来讨论这一问题 为了叙述方便 将这块印刷电路板称为数字信号处理模块"这块电路板的技术参数如下#系统时钟频率 ¨Ú#芯片信号驱动端最小上升!下降时间 ÎÓ #信号线条数#关键信号线和高速信号线条数#最小线宽!线距 ÔÈ"从这些参数可以看出 系统时钟频率高 系统中关键信号线和高速信号线的数目比较多 器件上升时间小 最小线宽和线距比较小"这些因素都会导致信号完整性问题"另外 该系统使用了 片数字信号处理器 ¤ÉÇÉÔÁ̳ÉÇÎÁÌ°ÒÏÃÅÓÓÏÒ ¤³° 印制板上大量的信号线用于¤³°之间的通信 这些信号的时序关系要求非常严格"作者设计时采取的策略为 在对设计作必要物理约束的同时对信号传输线进行阻抗匹配"对设计作必要的物理约束 即通过精心做好板层的定义!优化布局布线等方法来避免部分信号完整性问题"一般情况下 通过精心设计可以完成以下任务#实现对所有的信号线的阻抗控制 主要通过精心选择板层物理参数 规定各层布线宽度来完成 阻抗控制的主要作用是有效地降低信号的反射"#满足大部分关键信号线延迟方面的要求 使大部分信号线的反射最小化 主要通过合理布局控制信号线的长度!优化布线控制走线形状来实现"#使得绝大部分的信号线之间的串扰控制在允许的范围内 主要通过板层安排隔离不同层信号!合理布局控制布线密度!优化布线控制高速信号线和其它信号线的距离来达到目的"这样 系统中只剩下少量的信号线存在信号完整性问题 必须通过阻抗终端匹配技术来解决"下面按实际的处理步骤讨论设计要点精心做好板层的定义印刷电路板的板层参数包含以下几个内容 电路板的层数 电源平面和地平面的分布 °£¢基板材质!厚度!介电常数 各层铜箔厚度以及信号层信号线的宽度"这些参数不但决定了信号在印刷电路板中的传播速度 而且决定了每一根线的特征阻抗 特征阻抗是指信号沿传输线传播时 信号看到的瞬时阻抗值 "必须注意的是 °£¢的物理参数由于加工工艺等原因不可能和设计值完全相同"在复杂!高速的电路系统中 单独的电源!地平面是必须的 它的重要作用包括1 2阻抗控制!降低电磁干扰!滤除高频噪声"电源的合理分配!地涂敷层的位置能很好地发挥涂敷层的屏蔽作用"涂敷层的设计中要注意的地方有#不要在涂敷层上形成沟状无涂敷地带 这样会增加额外的干扰#如果板层只有两层 应使用网状电源!地的涂敷 而避免使用手指状的涂敷"#原则上把信号线布到与涂敷层相邻的信号层会产生很好的效果"数字信号处理模块就是遵循这一原则进行设计的 根据板子大小和信号线的密集程度以及其它的一些约束条件 并进行¥¤¡自动布线实验 判断数字信号处理模块需要六个独立的走线层"因此采用 层板 板层可按如下定义 第一!三!四!七!八!十层为走线层 第二!六!九为涂敷地层 第五层为涂敷电源层"这样 第一!十层的信号线为非对称微带线 第三!四层和第七!八层上的信号线 相邻走线层的信号线交叉分布 为双带线 每个走线层都与一个涂敷层相邻 从而能很好地实现阻抗控制"对多电源!多地的系统 电源!地涂敷层的分割是一个十分关键的问题"分割的好坏直接关系到传输线品质的高低"有关涂敷层分割的详细论述请参阅参考文献1 2"寻找最佳布局在布局阶段主要应考虑以下几点#尽量减小关键信号和高速信号的延迟 以控制信号反射 关键信号线长度的决定性因素是布局"#控制信号组延迟的一致性 比如对于数据总# #线!地址总线 由于数据的采样在同一时刻发生 如果总线的长度相差太远的话 采到的数据可能错位"#保持整块电路板上布线密度的大体平衡 以控制串扰 局部过密的布线对避免串扰显然是不利的"在¥¤¡环境中 设计人员可以采用自动布局 再进行自动布线 然后根据自动布线结果手动调整布局 也可以人工大致排定一个布局 然后用自动布线器布线 再根据自动布线结果对布局作相应的调整"#保持整块电路板上功耗的大体平衡 如果板材区域冷热差别太大 信号线极易因板材的热胀冷缩而断裂"严格控制信号延迟要求很高的设计环境"在这种设计环境中 无论是在布局阶段还是在布线的时候 要能够方便地监视每根传输线的延迟 并据此调整布局"好在已经有好些¥¤¡工具能够提供这类环境 比如©ÎÎÏÖÅÄÁ的Å°ÌÁÎÅÒ!¶ÅÒÉ¢ÅÓÔ的¥ØÐÅÄÉÔÉÏΰ£¢等"在这些软件环境下 可以实时地监视每一根线的/曼哈顿长度 曼哈顿长度 如果把互连线的两个连接点的直线距离看作一个直角三角形的斜边的话 那么曼哈顿长度就是这个直角三角形两个直角边长度之和 其中一条直角边是水平方向的" 0 并能据此随意地更改布局"这在很大程度上方便了寻找符合设计规则的布局"在设计数字信号处理模块的布局阶段 作者在¥ØÐÅÄÉÔÉÏΰ£¢环境下 根据以上原则对系统中关键和高速的信号线进行了逐根检查 并通过多次尝试的办法 找到最佳布局 最佳布局不一定是最优布局 凡是能满足设计规则要求的布局都可称为最佳布局 "制定合理的布线规则#布线层的分配及各层中线宽 布线层的分配及各层中线宽主要决定°£¢中信号传播速率和互连线的特征阻抗"为了保证°£¢上互连线的阻抗一致性 同一布线层中的线宽一般不要改变"基于减小电磁干扰的考虑 高速信号线最好布在距离涂敷层较近的内层布线层"#总体走线方向和各层中线距 信号间的串扰对相邻平行走线的长度和走线间距极其敏感 因此相邻走线层的信号线的总体走线方向一般要互相垂直"在同一走线层上尽量使高速信号线与其它平行信号线间距拉大 平行长度缩小"一般的原则是低速信号的布线密度可以相对大些 高速信号的布线密度应尽量小 并且要求某些非高速信号线在一定程度上为高速信号线让路"#线长限制!信号组总体走线形状!过孔使用限制 在优化布局的基础上 尽量缩短高速信号线的长度!控制信号组延迟的一致性是布线时的重要任务"对于多点连接的信号要充分考虑其总线形状 比如一个信号驱动器驱动多个信号接收器 并要求这多个信号接收器同时接到信号 这样 一般要使用星形连接 并要求中心结点到各个信号接收器的走线长度保持一致"值得注意的是 过孔的使用不但增加了信号的延迟 而且在一定程度上破坏了信号线的阻抗连续性 因此应尽量减少过孔的使用量"在数字信号处理模块中 四片信号处理器之间共享了总线 数据总线和地址总线 和外部存储器 并且每片处理器都有机会同时访问其它处理器的内存"这样 所有的数据总线和地址总线连接的每个针脚都是输入输出双向的 因此理想的走线形状是采用星形连接 并且中心点距离每个针脚的距离相等"实际的布线由于板层等的限制无法采用理想的星形连接 只能采用/工0字形的连接方式 并进行必要的阻抗匹配"实际测量结果显示信号质量可以接受"实际设计工作中 能够通过优化布局布线等工作解决的信号完整性问题 一般尽量不采用终端匹配的方法解决"这是因为一般高速系统的设计都非常紧凑 不希望因为增加了元器件等而带来功耗和板面积的增加"但过分严格的物理约束 通常会增加最终产品的成本 这在激烈的市场竞争中是不可取的"因此 对设计作必要物理约束的同时有必要对剩下的少数存在信号完整性问题的传输线进行阻抗终端匹配"理想的传输线要求信号在传播过程中的任何时候看到的特征阻抗都保持一致"影响传输线的特征阻抗一致性的因素有两方面图图##线的因素 在基板的介电常数!传输线到涂敷层的距离!传输线的厚度等1 2参数确定以后 °£¢中分布在同层的信号线如果不改变走线宽度 没有突然改变方向 它的特征阻抗是一致的"信号驱动器和接收器的因素 在典型的数字系统中 驱动器的输出阻抗通常小于°£¢互联信号线的特征阻抗 而°£¢互联信号线的特征阻抗也总是小于信号接收端的输入阻抗 这种阻抗的不连续性是导致信号反射的主要原因"阻抗匹配就是在信号驱动端或接收端采用一定的技术 使得信号接收端的输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配 那么信号就可很好地传输"终端匹配的技术很多 其中包括并联终端匹配!串联终端匹配 后端终端匹配 !双电阻终端匹配 戴维南终端匹配 !²£终端匹配 ¡£终端匹配 及二极管终端匹配等"其技术细节及特点请参阅有关文献"4实验结果图 表示的是数字信号处理模块中²¤ 读信号 在没有处理以前的计算机仿真波形 图 是处理后的计算机仿真波形"可以看出 处理的效果明显"为从理论上解决°£¢中的信号完整性问题 不仅需要有关电磁场!电路相结合的知识 还应包括模拟电路设计的基本知识"一些发达国家在 年代末就已经展开在这个领域的研究 年代中期至今一直是研究热点 并有大量的研究成果问世 而国内基本上刚刚起步"参考文献¨Ï×ÁÒĪÏÈÎÓÏÎÁÎÄÁÒÔÉΧÒÁÈÁÍ ¨ÉÇȳÐÅÅĤÉ2ÇÉÔÁ̤ÅÓÉÇÎ ¡¨ÁÎÄÂÏÏËÏÆ¢ÌÁÃËÁÇÉà °ÒÅÎÔÉÃŨÁĮ̀Ï×ÁÒĪÏÈÎÓÏÎÁÎÄÁÒÔÉΧÒÁÈÁÍ ¨ÉÇȳÐÅÅĤÉÇÉÔÁ̤ÅÓÉÇÎ ¡¨ÁÎÄÂÏÏËÏÆ¢ÌÁÃËÁÇÉà °ÒÅÎÔÉÃŨÁÌ̤ÏÕÇ¢ÒÏÏËÓ ¨ÉÇÈ°ÌÁÎÅÓ³ÐÌÉÔÔÅÒ °ÒÉÎÔÅÄ£ÉÒÃÕÉÔ¤Å2ÓÉÇÎ ¤ÅÃÅÍÂÅÒ¨Ï×ÁÒĪÏÈÎÓÏÎÁÎÄÁÒÔÉΧÒÁÈÁÍ ¨ÉÇȳÐÅÅĤÉ2ÇÉÔÁ̤ÅÓÉÇÎ ¡¨ÁÎÄÂÏÏËÏÆ¢ÌÁÃËÁÇÉà °ÒÅÎÔÉÃŨÁĮ̀Ï×ÁÒĪÏÈÎÓÏÎÁÎÄÁÒÔÉΧÒÁÈÁÍ ¨ÉÇȳÐÅÅĤÉ2ÇÉÔÁ̤ÅÓÉÇÎ ¡¨ÁÎÄÂÏÏËÏÆ¢ÌÁÃËÁÇÉà °ÒÅÎÔÉÃŨÁÌÌ u上接第 页不得通电 增压电磁阀不通电 同一油路的减压电磁阀不得通电等"以上检测 若有任一项不正常则发出相应警示信号 并切断电磁阀及回油泵电机电源"主控单片机 £ «¤控制软件主流程图见图 制动信号中断子程序流程图见图 "5结束语使用¡¢³数据采集系统 按照国家标准§¢ 2 5汽车防抱制动系统性能要求和试验方法6对´°2¡¢³ 检测 结果表明 ´°2¡¢³ 完全符合国家标准"在高低附着系数及对开!对接路面上 车速大于 ËÍöÈ紧急制动时 轮均不抱死 在附着系数约为 的同一路面上 有¡¢³比无¡¢³平均制动距离可缩短 在附着系数约为 的同一路面上 有¡¢³比无¡¢³平均制动距离可缩短 效果十分显著"/十五0规划中 国家已把¡¢³作为重点扶持的汽车电子产品 随着一系列优惠政策的出台 ¡¢³的研究开发必将得到跨越式的发展"参考文献©ÎÔÅÌ£Ï ¸£ «£ö ¸£ «¤µÓÅÒ ÓÁÎÕÁÌ ©ÎÔÅÌ£Ï孙涵芳 ©ÎÔÅÌ 位单片机 北京 北京航空航天大学出版社 u #小知识#核心路由器核心路由器是指在©°骨干网核心使用的 交换容量达到或超过千兆比特级的 具有高密度高速端口的路由器产品"该类产品的可扩展性!高速接口!互操作性!±Ï³能力!可靠性 为骨干网提供了良好的升级!服务质量和故障恢复能力 并且为网络向下一代基于©°的高速骨干网发展奠定了良好的基础"未来©°骨干网的三个关键组成部分是光纤!¤·¤和核心路由器"目前的光网络层运行在¯£2 和¯£2 速率 传统路由器无法提供相应的接口速率和端口密度 不能有效利用巨大的原始带宽 造成了骨干网的潜在瓶颈"核心路由器是未来骨干网的关键节点 采用核心路由器能够把大量的原带宽转换成可用带宽 解决骨干网瓶颈问题"路由器技术的发展经历了几个阶段 早先的路由器由软件集中进行©°包的转发!吞吐量比较低例如思科的 ! 等中低端路由器 其转发能力约为几十«ÐÐÓ"第二代路由器是基于软件的分布式转发 每个接口板上都有£°µ 主控板生成的路由表被下发到各接口板形成转发表 每块接口板根据转发表独立进行转发工作 例如思科的 系列路由器 转发能力超过 ÐÐÓ"第三代路由器基于硬件进行©°包的转发 转发引擎可以是¡³©£ 专用集成电路 也可以是专门为©°转发而设计的网络处理器"# #。