文章目录一、如何判别信号是否为高速信号二、传输线类别2.1 共轴传输线2.2 微带线2.3 带状线三、什么是特性阻抗3.1 传输线与特性阻抗的关系3.2 特性阻抗与哪些因素有关3.3 PCB如何计算特性阻抗3.4 不控阻抗会造成什么影响3.5 特性阻抗分了哪几种类型四、多层板如何进行叠层4.1 多层板的叠层方式——六层板方案一方案二方案三五、生产工艺与PCB设计关联性六、差分信号在PCB中处理方式6.1、差分信号的优势是什么6.1、差分信号在PCB上如何进行布线七、缝合地过孔的重要性一、如何判别信号是否为高速信号一般而言当数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHz至50MHz的范围并且该频段内的电路在整个电子系统中占据显著比例这样的电路便被视为高速电路。二、传输线类别2.1 共轴传输线共轴传输线如同轴电缆2.2 微带线微带线0.167ns/inch位于PCB表层的单个信号走线构成并平行于导电接地层为信号提供返回路径。2.3 带状线带状线0.185 ns/inch位于 PCB 板内走线所以它有上下两个参考回流路径三、什么是特性阻抗3.1 传输线与特性阻抗的关系信号在传输的过程中信号到达的每一个点传输线和平面之间会形成电磁场由于电磁场的存在会产生一个瞬间的小电流这个小电流在传输线上的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压这样在信号传输的过程中传输线的每一点就会等效成一个电阻这个电阻就是我们所指的特性阻抗。在高速应用场景中信号传输线已经不能看作理想导线不能忽略传输线上的一些寄生参数如寄生电阻、寄生电容、寄生电感。特性阻抗就是一个综合传输线场景下这些参数的合成参数。根据传输线等效电路模型可得出下图特性阻抗表达式。3.2 特性阻抗与哪些因素有关介质厚度、线距越宽阻抗值越大介电常数、铜厚、线宽、阻焊厚度越大阻抗值越小电容大小表达式C Er * A / dC表示电容Er表示介电常数A表示导电板的面积d表示导电板的间距3.3 PCB如何计算特性阻抗嘉立创在线阻抗计算工具https://tools.jlc.com/jlcTools/index.html#/impedanceCalculatenew3.4 不控阻抗会造成什么影响在高速信号传输过程中如果PCB上的阻抗一直在不断变化就会形成信号的反射。反射幅度取决于阻抗之间变化的大小差异阻抗差异越大造成的信号反射越大。信号反射当传输线上的阻抗不匹配时信号会在不匹配点发生反射。这种反射信号会与原始信号叠加导致信号失真或产生噪声。信号衰减阻抗不匹配还会导致信号在传输过程中衰减使得信号强度逐渐降低。这可能使得信号在到达接收端时无法被正确识别从而影响系统的性能。3.5 特性阻抗分了哪几种类型1、差分阻抗差分阻抗分为差模阻抗和共模阻抗。差模阻抗用于描述正负差分信号之间的阻抗。共模阻抗则用于描述这两个信号与地之间的阻抗。常见的差分阻抗值有90Ω、100Ω等。差分信号传输是一种常用的信号传输方式它利用一对幅度相等但极性相反的信号来传输信息这种方式可以有效地抑制共模噪声和干扰提高信号的抗干扰能力和传输质量。2、单端阻抗单端阻抗是指在单端信号传输中信号线与地GND或参考平面之间所呈现的阻抗特性。单端信号传输是一种常用的信号传输方式它使用一个信号线来传输信号而信号线与地或参考平面之间则形成回路。常见的单端阻抗值有50Ω、75Ω等。3、共面阻抗共面阻抗是指在同一平面内的信号线与其周围的参考地GND或电源VCC之间传输信号时所表现出的阻抗特性。四、多层板如何进行叠层首先我们要根据单板电源、地的种类、信号密度、板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量和生产成本要求综合去评测来确定多层板的层数。堆叠顺序的选择应以信号完整性、电源分配、阻抗控制和电磁辐射EMC等因素为基础。同时还需考虑到制造要求和成本效益。同时叠层要求也要满足以下几点叠层对称性对称的叠层结构在压合过程中能够平衡应力分布降低因应力差异导致的板翘。当叠层结构不对称时压合后的应力不一致会导致板件翘曲影响后续加工和装配。阻抗连续性信号层与地平面之间的紧密耦合有助于减少阻抗不连续的问题从而降低信号反射和波形失真风险。参考平面完整主芯片相邻层为地平面以提供器件走线良好的参考地平面。防止信号串扰两个相邻的信号层之间尽量拉开间距防止信号与信号之间的串扰走线为正交。信号和电源层分离信号上下两个参考层为地和电源时尽量拉近信号层与地层的距离远离电源层这样可以减少信号干扰和电源噪声。4.1 多层板的叠层方式——六层板方案一一TOP二GND三Signal四Power五GND六BOTTOM优点电源层和地层紧密耦合每个信号层都与内电层直接相邻与其他信号层均有有效隔离不易发生串扰。方案二一TOP二GND三Signal四Signal五Power六BOTTOM优点采用了2个信号层具有较多的信号层有利于元器件之间布线工作。缺点电源层和地层分割较远没有充分耦合信号层之间相邻信号完整性不好容易发生串扰布线时需交错布线。方案三一TOP二GND三Signal四GND五Power六BOTTOM优点电源层和地耦合充分信号层与内电层直接相邻与其他信号层均有有效隔离不易发生串扰Signal和两个内电层GND和Power相邻可用于传输高速信号。两内层可有效屏蔽外界对Signal的干扰。缺点底层器件层不能参考GND五、生产工艺与PCB设计关联性六、差分信号在PCB中处理方式差分信号差分信号是一种信号传输技术区别于传统的一根信号线一根地线的做法。差分传输在这两根线上都传输信号这两个信号的振幅相等相位相差180°在这两根线上传输的信号就是差分信号而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。6.1、差分信号的优势是什么抗干扰能力强一个干扰源几乎相同程度的影响差分信号对的每一端。干扰噪声一般会等值、同时被加载到两根信号线上而其差值为0。减少EMI的生成除了对干扰不敏感外差分信号比单端信号生成的EMI还要少提高信号完整性差分信号在传输过程中能够保持信号的完整性和准确性减少信号失真和衰减。这对于需要高精度和高可靠性的通信系统尤为重要。6.1、差分信号在PCB上如何进行布线1、在PCB设计中一般差分信号网络名称的尾部都带有 ”“ 或 ”-“”P 或 ”N“为保证信号耦合效果和信号质量差分信号线必须保证线距相等来实现特定的差分阻抗值。所以在布线差分信号时候尽量保持对称走线过程中差分线对内禁止打过孔以及放置元器件如果在差分线对内放置了过孔或元器件会产生EMC问题同时也会导致阻抗不连续。2、针对差分信号在PCB上面走线时尽量减少打过孔数量过孔数量过多会对信号造成损耗如必须要打过孔时差分换孔时也必须保证伴随着屏蔽地过孔减少信号干扰问题3、因为差分接收端所接收的信号是两根信号的差值则需要保证相位的高度同步所以在设计PCB时需要对差分信号两根线做等长处理对内等长误差通用标准一般为±5mil七、缝合地过孔的重要性1、改善电路板的散热性能缝合地过孔还可以作为散热通道从而改善电路板的散热性能。在一些高功率密度的电路板中通过合理布置缝合地过孔可以有效地降低电路板的温度提高设备的可靠性。2、提供电磁屏蔽缝合地过孔可以与护环一起创建一个过孔墙从而形成一个电磁屏蔽结构保护电路板免受外部电磁干扰。这对于高频电路和射频电路来说尤为重要因为它们对电磁干扰非常敏感。通过缝合地过孔创建的电磁屏蔽结构可以有效地减少电磁辐射和干扰提高电路的稳定性和性能。3、提高信号的完整性在高频电路中缝合地过孔还可以减少信号在层间传输时的损耗提高信号的完整性。通过缝合地过孔提供的低阻抗回流路径可以确保信号在传输过程中不会受到过多的衰减和干扰从而保持信号的清晰和准确。
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