高速電路設(shè)計(jì)中信號(hào)完整性分析

串?dāng)_可以通過(guò)增加信號(hào)線(xiàn)間距解決。然而，PCB設(shè)計(jì)者通常受制于日益緊縮的布線(xiàn)空間和狹窄的信號(hào)線(xiàn)間距；由于在設(shè)計(jì)中沒(méi)有更多的選擇，從而不可避免的在設(shè)計(jì)中引入一些串?dāng)_問(wèn)題。顯然，PCB設(shè)計(jì)者需要一定的管理串?dāng)_問(wèn)題的能力。這些年出了許多可靠間距的相關(guān)規(guī)則。而一個(gè)通常業(yè)界認(rèn)可的規(guī)則是3W 規(guī)則，即相鄰信號(hào)線(xiàn)間距至少應(yīng)為信號(hào)線(xiàn)寬度的3倍。然而，實(shí)際中可接受的信號(hào)線(xiàn)間距依賴(lài)于實(shí)際的應(yīng)用、工作環(huán)境及設(shè)計(jì)冗余等因素。信號(hào)線(xiàn)間距從一種情況轉(zhuǎn)變成另一種以及每次的計(jì)算。因此，當(dāng)串?dāng)_問(wèn)題不可避免時(shí)，就應(yīng)該對(duì)串?dāng)_定量化。這都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)表示。利用仿真器，設(shè)計(jì)者可以決定信號(hào)完整性效果和評(píng)估系統(tǒng)的串?dāng)_影響效果。

6、電源退耦

電源退耦是現(xiàn)在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)慣例，在此提及將有助于減少電源線(xiàn)上噪聲問(wèn)題。一個(gè)干凈的電源對(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)高性能電路至關(guān)重要。迭加在電源上的高頻噪聲將會(huì)對(duì)相鄰的每個(gè)數(shù)字設(shè)備都會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。典型的噪聲來(lái)源于地彈、信號(hào)輻射或者數(shù)字器件自身。最簡(jiǎn)單的解決電源噪聲方式是利用電容對(duì)地上的高頻噪聲退耦。理想的退耦電容為高頻噪聲提供了一條對(duì)地的低阻通路，從而清除了電源噪聲。依據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇退耦電容，大多數(shù)的設(shè)計(jì)者會(huì)選擇表貼電容在盡可能靠近電源引腳，而容值應(yīng)大到足夠?yàn)榭深A(yù)見(jiàn)的電源噪聲提供一條低阻對(duì)地通路。采用退耦電容通常會(huì)遇到的問(wèn)題是不能將退耦電容簡(jiǎn)單的當(dāng)成電容。有以下幾種情況：

a、電容的封裝會(huì)導(dǎo)致寄生電感；

b、電容會(huì)帶來(lái)一些等效電阻；

c、在電源引腳和退耦電容間的導(dǎo)線(xiàn)會(huì)帶來(lái)一些等效電感；

d、在地引腳和地平面間的導(dǎo)線(xiàn)會(huì)帶來(lái)一些等效電感；由此而引發(fā)的效應(yīng)：

a、電容將會(huì)對(duì)特定的頻率引發(fā)共振效應(yīng)和由其產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)阻抗對(duì)相鄰頻段的信號(hào)造成更大的影響；

b、等效電阻（ESR）還將影響對(duì)高速噪聲退耦所形成的低阻通路；

以下總結(jié)了由此對(duì)一個(gè)數(shù)字設(shè)計(jì)者產(chǎn)生的效應(yīng)：

a、從器件上 Vcc 和GND引腳引出的引線(xiàn)需要被當(dāng)作小的電感。因此建議在設(shè)計(jì)中盡可能使Vcc 和GND 的引線(xiàn)短而粗。

b、選擇低 ESR效應(yīng)的電容，這有助于提高對(duì)電源的退耦；

c、選擇小封裝電容器件將會(huì)減少封裝電感。改換更小封裝的器件將導(dǎo)致溫度特性的變化。因此在選擇一個(gè)小封裝電容后，需要調(diào)整設(shè)計(jì)中器件的布局。

在設(shè)計(jì)中，用Y5V 型號(hào)的電容替換X7R 型號(hào)的電容器件，可保證更小的封裝和更低的等效電感，但同時(shí)也會(huì)為保證高的溫度特性花費(fèi)更多的器件成本。

在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮用大容量電容對(duì)低頻噪聲的退耦。采用分離的電解電容和鉭電容可以很好的提高器件的性?xún)r(jià)比。

7、總結(jié)：

信號(hào)完整性是貫穿于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的最重要的問(wèn)題之一；在此將列出幾點(diǎn)在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中保證信號(hào)完整性的建議：

a、對(duì)靈敏元件實(shí)施對(duì)噪聲器件的物理隔離；

b、阻抗控制、反射和信號(hào)終端匹配；

c、用連續(xù)的電源和地平面層；

d、布線(xiàn)中盡量避免采用直角；

e、差分對(duì)布線(xiàn)長(zhǎng)度相等；

f、高速電路設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮串?dāng)_問(wèn)題；

g、電源退耦問(wèn)題；

很好了掌握以上提到的數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，可以幫助數(shù)字電路設(shè)計(jì)者能在電路設(shè)計(jì)的早期盡可能多地發(fā)現(xiàn)一些電路設(shè)計(jì)中潛在的問(wèn)題。