高速PCB設(shè)計(jì)中的串?dāng)_分析與控制

目前，日益成熟的半導(dǎo)體技術(shù)使得晶體管的尺寸越來越小，因此器件的信號(hào)跳變沿變得越來越快，導(dǎo)致高速數(shù)字領(lǐng)域的信號(hào)完整性和電磁兼容問題日益嚴(yán)重。 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 信號(hào)完整性問題主要包括傳輸線效應(yīng)，如信號(hào)的反射、時(shí)延、振鈴、信號(hào)的過沖和下沖以及信號(hào)之間的串?dāng)_等。 其中，信號(hào)串?dāng)_最為復(fù)雜，涉及因素較多，計(jì)算復(fù)雜，控制難度大。 因此，當(dāng)今的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)迫切需要有別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境、設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法的新的思路、流程、方法和技術(shù)。

EDA技術(shù)開發(fā)了一套用于高速PCB和電路板級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析工具和方法。 這些技術(shù)涵蓋了高速電路設(shè)計(jì)和分析的各個(gè)方面：靜態(tài)時(shí)序分析、信號(hào)完整性分析、EMI/EMC設(shè)計(jì)、地彈反射分析、功耗分析和高速路由器。 同時(shí)還包括信號(hào)完整性驗(yàn)證和Sig''''n-Off、設(shè)計(jì)空間檢測、互連規(guī)劃、電氣規(guī)則約束的互連綜合，以及專家系統(tǒng)等技術(shù)方法，這也使得 高效、更好地解決信號(hào)完整性問題。 信號(hào)完整性分析與設(shè)計(jì)是高速PCB板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)分析與設(shè)計(jì)的最重要手段。 它在硬件電路設(shè)計(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用。 在這里，我們將討論信號(hào)完整性中的信號(hào)串?dāng)_。

騷擾申請解決方案

由于信號(hào)間電磁場相互重合而產(chǎn)生的不需要的噪聲電壓信號(hào)稱為信號(hào)串?dāng)_。 如果串?dāng)_超過一定值，可能會(huì)導(dǎo)致電路故障，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。 串?dāng)_問題可以從以下幾個(gè)方面解決：

a.  盡可能降低信號(hào)邊沿的轉(zhuǎn)換率

一般來說，在選擇器件時(shí)，在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況下，應(yīng)盡量選擇慢速器件，并避免不同類型信號(hào)混合使用，因?yàn)榭焖俎D(zhuǎn)換的信號(hào)對慢速轉(zhuǎn)換的信號(hào)存在潛在的串?dāng)_風(fēng)險(xiǎn)。

b. 采取屏蔽措施

為高速信號(hào)提供分組地是解決串?dāng)_問題的有效途徑。 但封裝用地會(huì)導(dǎo)致布線量增加，使原本有限的布線面積變得更加擁擠。 另外，為了達(dá)到地線屏蔽的預(yù)期目的，地線上接地點(diǎn)之間的距離至關(guān)重要，一般小于信號(hào)沿線變化長度的兩倍。 同時(shí)，地線也會(huì)增大信號(hào)的分布電容，使得傳輸線阻抗增大，信號(hào)邊沿變慢。

c. 合理設(shè)置層數(shù)和布線

合理設(shè)置布線層數(shù)和布線間距，減少平行信號(hào)線長度，縮短信號(hào)層與平面層間距，增大信號(hào)線間距，減少平行信號(hào)線長度（臨界長度范圍內(nèi)）可以有效減少串?dāng)_。

d. 設(shè)置不同的路由層

對不同速率的信號(hào)設(shè)置不同的走線層數(shù)，合理設(shè)置平面層數(shù)也是解決串?dāng)_的好方法。

e. 阻抗匹配

如果傳輸線的近端或遠(yuǎn)端阻抗與傳輸線阻抗匹配，串?dāng)_的幅度也可以大大降低。

串?dāng)_分析的目的是快速發(fā)現(xiàn)、定位并解決PCB實(shí)現(xiàn)中的串?dāng)_問題。 通用仿真工具和環(huán)境仿真分析與PCB布線環(huán)境無關(guān)。 布線完成后，進(jìn)行串?dāng)_分析，得到串?dāng)_分析報(bào)告。 導(dǎo)出新的接線規(guī)則并重新接線，然后進(jìn)行分析和修正。 這種設(shè)計(jì)經(jīng)常被重復(fù)。

通過仿真分析，我們可以看到實(shí)際的串?dāng)_結(jié)果是不同的，并且存在很大的差距。 因此，一個(gè)好的工具不僅應(yīng)該分析串?dāng)_，還應(yīng)該應(yīng)用串?dāng)_規(guī)則進(jìn)行路由。 另外，一般的布線工具僅由物理規(guī)則驅(qū)動(dòng)，串?dāng)_控制的布線只能通過設(shè)置線寬、線距、最大并行布線長度等物理規(guī)則來約束。 使用信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)工具集ICX可以支持真正意義上的電氣規(guī)則驅(qū)動(dòng)布線。 其仿真分析和布線可以在一個(gè)環(huán)境中完成。 仿真時(shí)可以設(shè)置電氣規(guī)則和物理規(guī)則，布線時(shí)可以自動(dòng)計(jì)算過沖、串?dāng)_等信號(hào)完整性要素，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)修正布線。 接線速度快，真正滿足實(shí)際電氣性能要求。

串?dāng)_控制的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)

高速PCB設(shè)計(jì)規(guī)則一般分為兩種：物理規(guī)則和電氣規(guī)則。 所謂物理規(guī)則是指根據(jù)設(shè)計(jì)工程師指定的物理尺寸而制定的某些設(shè)計(jì)規(guī)則，例如線寬為4Mi1、線間距為4Mi1、并行走線長度為4Mi1等。 電氣規(guī)則是指與電氣特性或電氣性能相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則，例如布線延遲控制在Ins和2ns之間，PCB上的串?dāng)_總量小于70mV等。

物理規(guī)則和電氣規(guī)則的定義可以進(jìn)一步探索高速路由器。 目前，市場上基于物理規(guī)則（物理規(guī)則驅(qū)動(dòng)）的高速路由器包括AutoActive RE路由器、CCT路由器、B1azeRouter路由器和Router Editor路由器。 事實(shí)上，這些路由器都是物理規(guī)則驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)路由器，也就是說，它們只能自動(dòng)滿足設(shè)計(jì)工程師指定的物理尺寸要求，并不直接受制于高速電物理尺寸的要求。 ，但不是由高速電氣規(guī)則直接驅(qū)動(dòng)。

由電氣規(guī)則直接驅(qū)動(dòng)的高速路由器對于保證高速設(shè)計(jì)信號(hào)的完整性非常重要。 設(shè)計(jì)工程師總是首先得到電氣規(guī)則，設(shè)計(jì)規(guī)范也是電氣規(guī)則。 換句話說，我們的設(shè)計(jì)。