基于Cadence的高速PCB設(shè)計(jì)方案

　1 引言

　　人們對(duì)于通信的要去總是朝著“快”的方向發(fā)展，要求信號(hào)的傳輸和處理的速度越來(lái)越快，相應(yīng)的，高速PCB的應(yīng)用也越來(lái)越廣。高速電路有兩個(gè)方面的含義：一是頻率高，通常認(rèn)為數(shù)字電路的頻率達(dá)到或是超過(guò)45MHz至50MHz，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個(gè)系統(tǒng)的三分之一，就稱為高速電路。另外從信號(hào)的上升與下降時(shí)間來(lái)考慮，當(dāng)信號(hào)的上升時(shí)間小于6倍信號(hào)傳輸延時(shí)時(shí)即認(rèn)為信號(hào)是高速信號(hào)，此時(shí)考慮的與信號(hào)的具體頻率無(wú)關(guān)。

　　2 高速PCB設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

　　高速電路設(shè)計(jì)在現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)中所占的比例越來(lái)越大，設(shè)計(jì)難度也越來(lái)越高，它的解決不僅需要高速器件，更需要設(shè)計(jì)者的智慧和仔細(xì)的工作，必須認(rèn)真研究分析具體情況，解決存在的高速電路問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái)主要包括三方面的設(shè)計(jì)：信號(hào)完整性設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、電源完整性設(shè)計(jì)。

　　2.1 信號(hào)完整性（signal integrity）設(shè)計(jì)

　　信號(hào)完整性是指信號(hào)在信號(hào)線上的質(zhì)量。信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性是指當(dāng)在需要的時(shí)候，具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。差的信號(hào)完整性不是由某一因素導(dǎo)致的，而是由板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的。特別是在高速電路中，所使用的芯片的切換速度過(guò)快、端接元件布設(shè)不合理、電路的互聯(lián)不合理等都會(huì)引起信號(hào)的完整性問(wèn)題。具體主要包括串?dāng)_、反射、過(guò)沖與下沖、振蕩、信號(hào)延遲等。

　　2.1.1 串?dāng)_（crosSTalk）

　　串?dāng)_是相鄰兩條信號(hào)線之間的不必要的耦合，信號(hào)線之間的互感和互容引起線上的噪聲。因此也就把它分為感性串?dāng)_和容性串?dāng)_，分別引發(fā)耦合電流和耦合電壓。當(dāng)信號(hào)的邊緣速率低于1ns時(shí)，串?dāng)_問(wèn)題就應(yīng)該考慮。如果信號(hào)線上有交變的信號(hào)電流通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，處于磁場(chǎng)中的相鄰的信號(hào)線會(huì)感應(yīng)出信號(hào)電壓。一般PCB板層的參數(shù)、信號(hào)線間距、驅(qū)動(dòng)端和接收端的電氣特性及信號(hào)線的端接方式對(duì)串?dāng)_都有一定的影響。在Cadence的信號(hào)仿真工具中可以同時(shí)對(duì)6條耦合信號(hào)線進(jìn)行串?dāng)_后仿真，可以設(shè)置的掃描參數(shù)有：PCB的介電常數(shù)，介質(zhì)的厚度，沉銅厚度，信號(hào)線長(zhǎng)度和寬度，信號(hào)線的間距。仿真時(shí)還必須指定一個(gè)受侵害的信號(hào)線，也就是考察另外的信號(hào)線對(duì)本條線路的干擾情況，激勵(lì)設(shè)置為常高或是常低，這樣就可以測(cè)到其他信號(hào)線對(duì)本條信號(hào)線的感應(yīng)電壓的總和，從而可以得到滿足要求的最小間距和最大并行長(zhǎng)度。

　　2.1.2 反射（reflectiON）

　　反射和我們所知道的光經(jīng)過(guò)不連續(xù)的介質(zhì)時(shí)都會(huì)有部分能量反射回來(lái)一樣，就是信號(hào)在傳輸線上的回波。此時(shí)信號(hào)功率沒(méi)有全部傳輸?shù)截?fù)載處，有一部分被反射回來(lái)了。在高速的PCB中導(dǎo)線必須等效為傳輸線，按照傳輸線理論，如果源端與負(fù)載端具有相同的阻抗，反射就不會(huì)發(fā)生了。二者阻抗不匹配會(huì)引起反射，負(fù)載會(huì)將一部分電壓反射回源端。根據(jù)負(fù)載阻抗和源阻抗的關(guān)系大小不同，反射電壓可能為正，也可能為負(fù)。如果反射信號(hào)很強(qiáng)，疊加在原信號(hào)上，很可能改變邏輯狀態(tài)，導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。如果在時(shí)鐘信號(hào)上可能引起時(shí)鐘沿不單調(diào)，進(jìn)而引起誤觸發(fā)。一般布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過(guò)連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素均會(huì)導(dǎo)致此類反射。另外常有一個(gè)輸出多個(gè)接收，這時(shí)不同的布線策略產(chǎn)生的反射對(duì)每個(gè)接收端的影響也不相同，所以布線策略也是影響反射的一個(gè)不可忽視的因素。