高速PCB電路板的信號完整性設(shè)計

　　摘要： 描述了高速PCB電路板信號完整性設(shè)計方法。 介紹了信號完整性基本理論， 重點討論了如何采用高速PCB設(shè)計方法保證高速數(shù)采模塊的信號完整性，

　　關(guān)鍵詞： 信號完整性; PCB設(shè)計;

　　集成電路芯片構(gòu)成的電子系統(tǒng)朝著大規(guī)模、小體積、高速度方向發(fā)展， 信號的工作頻率也不斷提高， 使得PCB的布局布線密度變大， 輸出開關(guān)速度過高， 引起信號延遲、時序問題及串?dāng)_、傳輸線效應(yīng)等信號完整性問題， 從而導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定， 甚至完全不工作。 因此， 如何在系統(tǒng)設(shè)計以及板極設(shè)計中考慮到信號完整性的因素， 并采取有效的控制措施， 成為一個設(shè)計成功的關(guān)鍵因素 。 文中在對信號完整性設(shè)計的基本理論做出一個完整的闡述。

　　1? 信號完整性基本理論

　　1. 1? 信號完整性定義

　　信號完整性（ S igna l Integrity， S I）是指在信號線上的信號質(zhì)量， 是信號在電路中能以正確的時序和電壓做出響應(yīng)的能力。 當(dāng)電路中信號能以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達(dá)IC 時， 該電路就有很好的信號完整性。

　　1. 2? 影響信號完整性的主要因素

　　引起信號完整性問題的因素很多， 主要因素有延遲、反射、串?dāng)_、地彈以及電磁干擾。 信號時延主要表現(xiàn)為信號在邏輯電平的高、低門限之間變化時， 保持一段時間信號不跳變。 過多的信號延時可能導(dǎo)致時序錯誤和器件功能的混亂。 信號延時的原因包括驅(qū)動過載和走線過長。 傳輸時延與信號線的長度、信號傳輸速度。

　　反射， 即為傳輸線上的回波。 反射信號產(chǎn)生的主要原因是過長的走線、未被匹配終端的傳輸線、過量電容或電感及阻抗失配。 當(dāng)一根信號線上有信號通過時， 在PCB 板上與之相鄰的信號線上就會感應(yīng)出相關(guān)的信號， 這種現(xiàn)象稱之為串?dāng)_。 信號線距離地線越近， 線間距越大， 產(chǎn)生的串?dāng)_信號越小。 地彈是指當(dāng)電路中有大的電流涌動時產(chǎn)生的地平面反彈噪聲。 電磁干擾包括產(chǎn)生過量的電磁輻射及對電磁輻射的敏感性兩個方面。 EM I產(chǎn)生的主要原因是電路工作頻率太高及布局、布線不合理。

　　2? 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖如圖1所示， 此高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體積小巧輕便， 致使電路板布局布線密度高; 系統(tǒng)時鐘運(yùn)行頻率為100MH z以上， ADC 芯片轉(zhuǎn)換率在125MH z左右， 屬于高速系統(tǒng); 同時系統(tǒng)工作還需多種電源供電， 因此對其分析必須全面考慮信號完整性

　　。

　　圖1? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖