高速PCB设计入门，初學(xué)者必须理(lǐ)解这10个概念

2020-12-31

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

電(diàn)磁干扰（EMI）

電(diàn)磁干扰（EMI）是一种電(diàn)子噪声，会干扰電(diàn)缆信号并降低信号完整性。EMI通常是由電(diàn)磁辐射源（如電(diàn)动机和机器）产生的。

電(diàn)磁干扰EMI既有(yǒu)传导干扰也有(yǒu)辐射干扰。传导干扰是指一个電(diàn)网上的信号通过导電(diàn)介质耦合到另一電(diàn)网。辐射干扰是指通过空间将其信号耦合（干扰）到另一个電(diàn)网的干扰源。在高速PCB和系统设计中，高频信号線(xiàn)，集成電(diàn)路引脚，各种类型的连接器等可(kě)能(néng)会成為(wèi)具有(yǒu)天線(xiàn)特性的辐射干扰源，可(kě)能(néng)会发射電(diàn)磁波并影响其他(tā)系统或系统中的其他(tā)子系统。正常工作。

電(diàn)磁兼容性（EMC） 

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

國(guó)际電(diàn)工委员会（IEC）将EMC定义為(wèi)：信号和干扰可(kě)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線(xiàn)上的信号质量。具有(yǒu)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，而是由電(diàn)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。

電(diàn)源完整性（PI）

電(diàn)源完整性（称為(wèi)PI）用(yòng)于确认電(diàn)源的源极和目的地的電(diàn)压和電(diàn)流是否满足要求。電(diàn)源完整性在当今的電(diàn)子产品中很(hěn)重要。電(diàn)源完整性有(yǒu)几个级别：芯片级别，芯片封装级别，板级别和系统级别。板级電(diàn)源的完整性满足以下三个要求：

使芯片引脚的電(diàn)压纹波小(xiǎo)于规格（例如，電(diàn)压和1V之间的误差小(xiǎo)于+/- 50 mV）

控制接地反弹（也称為(wèi)同步开关噪声SSN，同步开关输出SSO）

减少電(diàn)磁干扰（EMI）并保持電(diàn)磁兼容性（EMC）：配電(diàn)网络（PDN）是板上最大的导體(tǐ)，因此是最容易发送和接收噪声的天線(xiàn)。

相声

串扰是两条信号線(xiàn)之间的耦合。信号線(xiàn)之间的互感和互電(diàn)容会在線(xiàn)上产生噪声。電(diàn)容耦合感应出耦合電(diàn)流，而電(diàn)感耦合感应出耦合電(diàn)压。PCB板层参数，信号線(xiàn)间距，驱动器和接收器端子的電(diàn)气特性以及線(xiàn)路端接方法都对串扰有(yǒu)一定影响。

反射 

反射是传输線(xiàn)上的回声。一部分(fēn)信号功率（電(diàn)压和電(diàn)流）被传输到線(xiàn)路并到达负载，但是一部分(fēn)被反射。如果源和负载具有(yǒu)相同的阻抗，则不会发生反射。電(diàn)源和负载阻抗之间的不匹配会引起在線(xiàn)反射，并且负载会将一部分(fēn)電(diàn)压反射回電(diàn)源。如果负载阻抗小(xiǎo)于源阻抗，则反射電(diàn)压為(wèi)负。相反，如果负载阻抗大于源阻抗，则反射電(diàn)压為(wèi)正。这种反射可(kě)能(néng)是由于布線(xiàn)几何形状的变化，错误的导線(xiàn)端接，通过连接器的传输以及電(diàn)源平面中的不连续引起的。 

过冲和下冲 

过冲是超过设置電(diàn)压的第一个峰值或谷值-对于上升沿，最高電(diàn)压，对于下降沿，最低電(diàn)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線(xiàn)路上过大的電(diàn)感和電(diàn)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(duō)种因素引起的，反射也是如此。可(kě)以通过适当的端接来减小(xiǎo)振荡，但不能(néng)完全消除。