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高速PCB設計部分基礎常識

1、如何選擇板材？選擇PCB板材必須在滿足設計需求和可量產性及成本中間取得平衡點。設計需求包含電氣和機構這兩部分。通常在設計非常高速的PCB板子(大于GHz的頻率)時這材質問題會比較重要。例如，現(xiàn)在常用的FR-4材質，在幾個GHz的頻率時的介質損(dielectric loss)會對信號衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(shù)（DK）和介質損在所設計的頻率是否合用。2、如何避免信號干擾？避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾，也就是所謂的串擾(Crosstalk)。可用拉大高速信號和模擬信號之間的距離，或加ground guard/shunt traces在模擬信號旁邊。還要注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾。3、在高速PCB設計中，如何解決信號的完整性問題？信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負載端的特性，走線的拓樸(topology)架構等。解決的方式是靠端接(termination)與調整走線的拓樸。

在學習電路設計的時候，不知道你是否有這樣的困擾：明明自己學了很多硬件電路理論，也做過了一些基礎操作實踐，但還是無法設計出自己理想的電路。

歸根結底，我們缺少的是硬件電路設計的思路，以及項目實戰(zhàn)經驗。

選擇設計工具

Protel，也就是Altium（現(xiàn)在入門的童鞋大多用AD）。容易上手，網上的學習教程資料也很全1面，在國內也比較流行，應付一般的工作已經足夠，適合初入門的設計者使用。高1級點的還有PADS和Cadence。

電路的可靠性設計

①電路基本通用設計要求:主要指電路的防反接、上電涌流抑制、過流保護、上電復位、看門狗等基本的電路設計要求。

②熱設計:熱應力是導致電子產品失效的較為常見因素，電子器件的工作溫度是影響產品壽命和可靠性的關鍵因素，在減小功率損耗的基礎_上，必須合理通過熱的傳導、輻射和對流設計降低其工作溫度。

③電磁兼容設計:提高電路的抗擾度水平可提高電子產品在復雜電磁環(huán)境中的可靠性，主要包括靜電、浪涌、快速瞬變脈沖群、電壓中斷跌落和變化、傳導抗擾度、輻射抗擾度、工頻磁場抗擾度等。需要在設計階段從電路結構和參數(shù)、器件選擇、電路板設計以及軟件等多個方面著手，并通過對樣機的電磁兼容測試檢驗。

④安規(guī)設計:電子電氣產品的安規(guī)設計主要包括安全間隙和爬電距離、絕緣耐壓、接地、防電1擊、防燃防爆、防電磁輻射等，對電子元器件的選擇和電路設計有較為成熟的參考和標準要求。

⑤可制造性設計:根據(jù)現(xiàn)有的生產工藝條件關注產品的可制造性設計可有效避免產品在生產、測試過程中受到損傷，降低質量隱患，在PCB設計過程中遵循可制造性的規(guī)則，PCB設計完成后還可通過相關軟件工具進行DFM檢查，生成報告并優(yōu)化修改。

⑥結構和防護設計:主要指電路板的安裝結構和防護，需要避免機械應力對電路板和元器件的指傷，防水防塵等級以及電路板的三防設計。

高速PCB設計--并聯(lián)終端匹配

在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加并聯(lián)電阻使負載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達到消除負載端反射的目的。實現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。

匹配電阻選擇原則：在芯片的輸入阻抗很高的情況下，對單電阻形式來說，負載端的并聯(lián)電阻值必須與傳輸線的特征阻抗相近或相等；對雙電阻形式來說，每個并聯(lián)電阻值為傳輸線特征阻抗的兩倍。

并聯(lián)終端匹配優(yōu)點是簡單易行，顯而易見的缺點是會帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關；雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗，但電流比單電阻方式少一半。

常見應用：以高速信號應用較多。

（1）DDR、DDR2等SSTL驅動器。采用單電阻形式，并聯(lián)到VTT（一般為IOVDD的一半）。其中DDR2數(shù)據(jù)信號的并聯(lián)匹配電阻是內置在芯片中的。

（2）TMDS等高速串行數(shù)據(jù)接口。采用單電阻形式，在接收設備端并聯(lián)到IOVDD，單端阻抗為50歐姆（差分對間為100歐姆)。