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高速PCB设计入门,初学者必须理解这10个概念


要学习高速PCB设计,首先您必须了解一些基本概念,例如什么是电磁干扰(EMI)?什么是信号完整性(SI)?什么是反射?为更快地进入高速PCB设计奠定基础。

电磁干扰(EMI

电磁干扰(EMI)是一种电子噪声,会干扰电缆信号并降低信号完整性。EMI通常是由电磁辐射源(如电动机和机器)产生的。

电磁干扰EMI既有传导干扰也有辐射干扰。传导干扰是指一个电网上的信号通过导电介质耦合到另一电网。辐射干扰是指通过空间将其信号耦合(干扰)到另一个电网的干扰源。在高速PCB和系统设计中,高频信号线,集成电路引脚,各种类型的连接器等可能会成为具有天线特性的辐射干扰源,可能会发射电磁波并影响其他系统或系统中的其他子系统。正常工作。

电磁兼容性(EMC 

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中运行而不会对其环境中的任何设备造成不可接受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个要求:一方面,设备在正常运行过程中的电磁干扰(Electromagnetic Disturbance)不能超过一定限制;另一方面,设备存在于环境中电磁干扰具有一定程度的抗扰性,即电磁敏感性(EMS)。

国际电工委员会(IEC)将EMC定义为:信号和干扰可以共存而不会损坏信号中包含的信息。 

信号完整性是指信号线上的信号质量。具有良好信号完整性的信号是在需要时必须达到的信号。信号完整性差不是由单一因素引起的,而是由电路板设计中的综合因素引起的。主要的信号完整性问题包括反射,振荡,接地反弹,串扰等。

电源完整性(PI

电源完整性(称为PI)用于确认电源的源极和目的地的电压和电流是否满足要求。电源完整性在当今的电子产品中很重要。电源完整性有几个级别:芯片级别,芯片封装级别,板级别和系统级别。板级电源的完整性满足以下三个要求:

使芯片引脚的电压纹波小于规格(例如,电压和1V之间的误差小于+/- 50 mV

控制接地反弹(也称为同步开关噪声SSN,同步开关输出SSO

减少电磁干扰(EMI)并保持电磁兼容性(EMC):配电网络(PDN)是板上最大的导体,因此是最容易发送和接收噪声的天线。

相声

串扰是两条信号线之间的耦合。信号线之间的互感和互电容会在线上产生噪声。电容耦合感应出耦合电流,而电感耦合感应出耦合电压。PCB板层参数,信号线间距,驱动器和接收器端子的电气特性以及线路端接方法都对串扰有一定影响。

反射 

反射是传输线上的回声。一部分信号功率(电压和电流)被传输到线路并到达负载,但是一部分被反射。如果源和负载具有相同的阻抗,则不会发生反射。电源和负载阻抗之间的不匹配会引起在线反射,并且负载会将一部分电压反射回电源。如果负载阻抗小于源阻抗,则反射电压为负。相反,如果负载阻抗大于源阻抗,则反射电压为正。这种反射可能是由于布线几何形状的变化,错误的导线端接,通过连接器的传输以及电源平面中的不连续引起的。 

过冲和下冲 

过冲是超过设置电压的第一个峰值或谷值-对于上升沿,最高电压,对于下降沿,最低电压。下冲是下一个谷或峰。过大的过冲会导致保护二极管工作,从而导致过早的故障。下冲过大会导致时钟错误或数据错误(操作错误)。 

振铃和舍入 

振荡现象是反复的过冲和下冲。信号的振荡和周围的振荡是由线路上过大的电感和电容引起的。振荡属于欠阻尼状态,周围的振荡属于过载状态。信号完整性问题通常发生在诸如时钟之类的周期性信号中。振荡和环绕振荡是由多种因素引起的,反射也是如此。可以通过适当的端接来减小振荡,但不能完全消除。

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