PCB設(shè)計(jì)中信號(hào)完整性問(wèn)題詳解

信號(hào)傳輸并非嚴(yán)格針對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員，您的 PCB 設(shè)計(jì)可能會(huì)遇到同類問(wèn)題。 因?yàn)槟槐負(fù)芘?，所以防止電源完整性和信?hào)完整性問(wèn)題對(duì)于您的 PCB 設(shè)計(jì)順利且無(wú)靜電至關(guān)重要。

HDMI 還是復(fù)合？ 了解信號(hào)完整性問(wèn)題中的信號(hào)

無(wú)論是有線智能平板電視還是等離子電視、衛(wèi)星電視、Netflix、Hulu、Amazon 或 YouTube，接收信號(hào)的方式有很多種，因此您可以隨心所欲地觀看電視。 同樣，大多數(shù) PCB 在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和高速設(shè)計(jì)中都會(huì)包含多種信號(hào)類型。 他們之中有一些是：

功率信號(hào)：根據(jù)復(fù)雜程度，您可能有幾種不同級(jí)別的功率信號(hào)。 例如，大多數(shù)處理器需要 3-5 V 范圍內(nèi)的信號(hào)，而放大器可能需要 15 V 范圍內(nèi)的偏置電壓。

數(shù)據(jù)信號(hào)：數(shù)據(jù)可以是模擬的或數(shù)字的。對(duì)于模擬量，典型范圍為+/- 10V。 對(duì)于數(shù)字信號(hào)，范圍可能是 0-5V 或 +/5V，具體取決于信號(hào)格式。

控制信號(hào)：通常用于開(kāi)啟或關(guān)閉設(shè)備，一般為0-5V信號(hào)。

通信信號(hào)：這些信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度可能低至微伏。 這些通常是 RF，頻率可能會(huì)在很寬的范圍內(nèi)變化。 電路板制造商解釋說(shuō)，防止電源完整性和信號(hào)完整性對(duì)于您的 PCB 設(shè)計(jì)平穩(wěn)且無(wú)靜電至關(guān)重要。

除了信號(hào)強(qiáng)度，頻率也是模擬信號(hào) PCB 設(shè)計(jì)中的重要考慮因素。 這在高頻通信設(shè)備的 PCB 中尤為重要。

輸出尺寸和接線注意事項(xiàng)：多寬

對(duì)于非常簡(jiǎn)單的 PCB 設(shè)計(jì)，您通?？梢员苊庠O(shè)計(jì)路線以適應(yīng)極端電流和電壓。 例如，可以在整個(gè)過(guò)程中使用單一布線寬度來(lái)處理最大容量。 盡管這種情況遠(yuǎn)非最佳實(shí)踐，但您的電路板在這些情況下可能會(huì)正常工作。 如果您像我一樣，我們希望通過(guò)盡可能小和多功能來(lái)優(yōu)化我們的電路板。

對(duì)于這些比較復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)，必須特別小心，布線并不是那么簡(jiǎn)單。 我們需要設(shè)計(jì)與它們攜帶的信號(hào)相匹配的路線。

確保聲音已靜音

舊電視信號(hào)傳輸中的噪音讓您試圖隔著雪地觀看自己喜歡的節(jié)目。 如今，信號(hào)完整性問(wèn)題（例如嘈雜的傳輸線）可能會(huì)導(dǎo)致混亂甚至根本沒(méi)有信號(hào)。 PCB 設(shè)計(jì)中的噪聲有很多來(lái)源。 例如開(kāi)關(guān)IC管腳狀態(tài)引起的干擾、振蕩器等輻射器件對(duì)附近布線的干擾、同一布線上的多個(gè)頻率信號(hào)等來(lái)源。

從大多數(shù)復(fù)雜的 PCB 設(shè)計(jì)中完全消除噪聲幾乎是不可能的。 但是，有一些方法可以最大限度地減少噪音。 消除噪聲的最佳資產(chǎn)是組件的放置。 所有分量輻射都取決于頻率，頻率越高（信號(hào)變化），與光源的距離越短。 因此，處理相同信號(hào)的組件應(yīng)遠(yuǎn)離其他組件放置。 將組件放置在信號(hào)產(chǎn)生和終止的地方。您也可以嘗試實(shí)現(xiàn)去耦電容器或旁路電容器。 如果可能，應(yīng)將它們直接系在地面上并且尺寸合適。 請(qǐng)注意，任何電感都將與電容器組合以建立濾波電路。

一轉(zhuǎn)：差動(dòng)傳輸

只要有可能，就可以通過(guò)使用差分電路來(lái)改善信號(hào)完整性。 大多數(shù) IC 設(shè)計(jì)人員都試圖實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 然而，有時(shí)差分對(duì)可能被路由到彼此不相鄰的引腳。 從PCB設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，我們應(yīng)該進(jìn)行以下操作：

• 將差分對(duì)布線在一起;

• 盡可能使用相同的走線寬度和長(zhǎng)度;

• 在同一信號(hào)平面或同一樓層布線。

接地層簡(jiǎn)化了信號(hào)完整性

地平面可以為多個(gè)電路提供中心層參考，可以顯著減少引腳連接和布線數(shù)量，更不用說(shuō)簡(jiǎn)化復(fù)雜PCB的外觀布局。 在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，以下技術(shù)可以最大限度地減少與地平面相關(guān)的問(wèn)題：

確保從電源平面到地平面沒(méi)有直接路徑（這看起來(lái)很容易，但對(duì)于復(fù)雜的設(shè)計(jì)，你可以忽略它，直到你開(kāi)始煎炸）。

• 不要在接地層中插入間隙;

• 在接地層/電源層之間運(yùn)行時(shí)鐘信號(hào)（或其他關(guān)鍵信號(hào));

• 使用同一層上的同一環(huán)路（地平面）路由信號(hào);

• 對(duì)于具有多個(gè)接地平面的電路板，將它們連接在每個(gè)平面的同一點(diǎn)上;

• 對(duì)于帶有機(jī)箱連接的電路板，確保所有接地層都連接在一起。

當(dāng)我四處移動(dòng)舊電視的天線以獲得我想要的頻道時(shí)，總會(huì)有一些瘋狂的方法：向左擺動(dòng)，然后向右擺動(dòng)，然后慢慢地來(lái)回移動(dòng)，直到找到合適的位置。 最好的清晰度。 幸運(yùn)的是，在PCB設(shè)計(jì)中，對(duì)于信號(hào)完整性問(wèn)題顯然有更具體的信號(hào)處理方法。 通過(guò)做出最佳布線決策、采用降噪策略、盡可能使用差分對(duì)以及使用良好的接地層，您將顯著提高保持信號(hào)完整性的機(jī)會(huì)。

---- 電路板制造商解釋說(shuō)，防止電源完整性和信號(hào)完整性對(duì)于您的 PCB 設(shè)計(jì)平穩(wěn)且無(wú)靜電至關(guān)重要。