PCB设计中的信号完整性问题

2021-04-20

PCB设计中的信号完整性问题

信号传输并非严格针对网络设计师，您的PCB设计可(kě)能(néng)会遇到相同类型的问题。由于您无需费力地摆弄耳朵，因此防止電(diàn)源完整性和信号完整性问题对于您的PCB设计流畅且无静電(diàn)至关重要。

HDMI，还是复合？了解信号完整性问题中的信号

无论是带有(yǒu)智能(néng)，纯平電(diàn)视或等离子電(diàn)视的電(diàn)缆，卫星，Netflix，Hulu，亚马逊或Youtube，都有(yǒu)多(duō)种接收信号的方式，您可(kě)以观看所需的電(diàn)视。同样，大多(duō)数PCB在常规和高速设计中将包括几种信号类型。其中一些是：

電(diàn)源信号：根据复杂程度，您可(kě)能(néng)有(yǒu)几种不同级别的電(diàn)源信号。例如，大多(duō)数处理(lǐ)器需要3-5V范围内的信号，而放大器可(kě)能(néng)需要高达15V范围内的偏置電(diàn)压。

数据信号：数据可(kě)以是模拟的也可(kě)以是数字的。对于模拟量，典型范围為(wèi)+/- 10V。对于数字信号，范围可(kě)能(néng)是0-5V或+ / 5V，具體(tǐ)取决于信号格式。

控制信号：通常用(yòng)于打开或关闭设备的信号，通常是0-5V信号。

通信信号：这些信号的信号强度可(kě)能(néng)会低至微伏级别。这些通常是RF，频率可(kě)能(néng)会在很(hěn)宽的范围内变化。

除信号强度外，对于模拟信号，频率也是PCB设计中的重要考虑因素。这在具有(yǒu)高频率水平的通信设备的PCB中尤為(wèi)重要。

输出尺寸和布線(xiàn)注意事项：有(yǒu)多(duō)宽？

对于非常简单的PCB设计，通常可(kě)以避开设计路線(xiàn)以适应极端的電(diàn)流和電(diàn)压。例如，在整个过程中使用(yòng)单个走線(xiàn)宽度可(kě)以处理(lǐ)最大容量。尽管这种情况与最佳实践相去甚遠(yuǎn)，但您的董事会可(kě)能(néng)会在这些情况下正常工作。如果您像我一样，我们希望通过使電(diàn)路板尽可(kě)能(néng)的小(xiǎo)巧和多(duō)功能(néng)来优化我们的電(diàn)路板。

对于这些更复杂的PCB设计，必须格外小(xiǎo)心，布線(xiàn)也不是那么简单。我们要设计与它们携带的信号相匹配的路線(xiàn)。请参考下表以了解一般注意事项：

路由注意事项	潜在问题	路由解决方案
走線(xiàn)長(cháng)度	信号强度损失	最小(xiǎo)化
迹線(xiàn)之间的距离	干涉	垂直路線(xiàn)
迹線(xiàn)角	串扰，辐射	圆形，使用(yòng)45°而不是90°
通过使用(yòng)	感言	最小(xiǎo)化

采用(yòng)上述解决方案可(kě)减少损失，空间和成本。但是，要正确地合并这些要求使用(yòng)最佳的PCB设计工具。

确保静音

较旧的電(diàn)视信号传输中的噪音使您试图通过积雪(xuě)查看自己喜欢的节目。如今，信号完整性问题（如嘈杂的传输線(xiàn)）可(kě)能(néng)会给您带来困惑，甚至根本没有(yǒu)信号。的噪声的在PCB设计源可(kě)以来自多(duō)种来源。例如，开关IC引脚状态引起的干扰，诸如振荡器之类的辐射设备对附近走線(xiàn)的干扰，同一走線(xiàn)上的多(duō)个频率信号以及其他(tā)来源。

从大多(duō)数复杂的PCB设计中完全消除噪声几乎是不可(kě)能(néng)的。但是，有(yǒu)一些方法可(kě)以使噪声最小(xiǎo)化。消除噪音的最佳资产是组件的放置。所有(yǒu)分(fēn)量辐射均取决于频率，并且频率（信号变化）越高，离光源的距离越短。因此，应将处理(lǐ)同一信号的组件放置在遠(yuǎn)离其他(tā)组件的位置。将组件放置在信号彼此起源和终止的地方。

您也可(kě)以尝试实现去耦電(diàn)容器或旁路電(diàn)容器。如有(yǒu)可(kě)能(néng)，应将它们直接绑在地面上，并适当调整尺寸。请注意，任何電(diàn)感都会与電(diàn)容器结合以建立滤波電(diàn)路。

嘈杂的数字電(diàn)视信号

一起扭耳朵：差分(fēn)传输

只要有(yǒu)可(kě)能(néng)，可(kě)以通过使用(yòng)差分(fēn)電(diàn)路来改善信号完整性。大多(duō)数IC设计人员都试图实现这一目标。但是，有(yǒu)时差分(fēn)对可(kě)能(néng)会路由到彼此不相邻的引脚。从PCB设计的角度来看，我们要执行以下操作：

将差分(fēn)对一起布線(xiàn)。

使用(yòng)尽可(kě)能(néng)相同的走線(xiàn)宽度和長(cháng)度。

在同一信号平面或同一层上布線(xiàn)。

地平面可(kě)简化信号完整性

接地层可(kě)以為(wèi)多(duō)个電(diàn)路提供中央层参考，这可(kě)以显着减少您的引脚连接和走線(xiàn)数量，更不用(yòng)说简化复杂PCB的外观布局了。在设计PCB时，以下技巧可(kě)以最大程度地减少与接地层相关的问题：

确保没有(yǒu)从電(diàn)源平面到接地平面的直接路径（这看起来很(hěn)容易，但是对于复杂的设计，可(kě)以忽略它，直到开始油炸才意识到）。

请勿在接地平面上插入间隙。

在接地/電(diàn)源层之间运行时钟信号（或其他(tā)关键信号）。

在同一层上路由使用(yòng)相同回路（地平面）的信号。

对于具有(yǒu)多(duō)个接地平面的板，请在每个平面上的同一点将这些平面连接在一起。

对于带有(yǒu)机箱连接的板，请确保所有(yǒu)接地层都连接在一起。

地平面的做与不做

当我四处移动旧電(diàn)视的兔子耳朵来获得想要的频道时，总有(yǒu)某种疯狂的方法：向左摇摆，然后向右摇摆，然后来回缓慢地工作，直到找到正确的位置為(wèi)止。最佳清晰度。值得庆幸的是，在PCB设计中，存在明显更具體(tǐ)的信号完整性问题信号处理(lǐ)方法。通过做出最佳的路由决策，采用(yòng)降噪策略，在可(kě)能(néng)的情况下使用(yòng)差分(fēn)对以及应用(yòng)良好的接地层使用(yòng)，您将显着提高保持信号完整性的机会。