孫建光

摘要把基于信號完整性分析的高速數字PCB板設計方法和相對來說比較傳統(tǒng)的PCB設計進行對比，文章主要介紹的就是PCB設計的方法，在設計的過程中，先對所有的速度數字信號建立PCB板級信號傳輸模型，然后對其傳輸的模型進行設計和分析。

關鍵詞信號完整性；設計的方法；分析模型

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0054-02

由于集成電路輸出的開關速度處于不斷提高的環(huán)境中，PCB板相關的密度也在不斷的增加，信號完整性成為高速數字PCB板設計者比較關心的問題。對信號的完整性有著影響的主要分為三個因素：一是元器件和PCB板的相關參數；二是元器件在PCB板上相關的布局；三是速度信號進行布線等，在一定程度上會使工作系統(tǒng)出現不穩(wěn)定的現象，嚴重就會導致系統(tǒng)不能進行工作。在PCB板設計的過程中，影響信號完整性的因素要進行充分的考慮，這也是PCB設計業(yè)中一個比較熱門的問題之一。

1信號完整性

信號完整性簡稱SI，主要是指信號在電路中不僅能夠以正確的時序體現響應的能力，還能以正確的電壓做出響應的能力。電路集達到電路芯片的過程中，電路中的信號是按時序、維持的時間內以及電壓幅度進行達到的，就說明該電路中有著比較好的信號完整性。如果信號在電路中不能夠進行正常的反應，就說明信號的完整性出現了問題。信號完整性的問題主要有：一是延遲；二是反射；三是串擾；四是同步切換噪聲；五是電磁干擾。

延遲主要指的就是信號在PCB板的導線上進行有限速度的傳輸，信號開始是在發(fā)送端進行發(fā)出，并發(fā)送到接收端，在這個過程中存在傳輸延遲。信號的延遲會在一定程度上對系統(tǒng)時序產生相應的影響，在高速數字系統(tǒng)中，導線的長度以及導線周圍的介電常數是傳輸延遲的主要因素。

PCB板上的導線上有兩個阻抗，一是特征阻抗；二是負載阻抗，當兩個阻抗得不到匹配的同時，信號到達接收端之后，就會有一些能量沿著傳輸線進行返回的現象，導致信號波發(fā)生了畸變的現象，嚴重的還會使信號出現上下過沖，信號如果在傳輸線上進行來回的反射，不僅會產生振鈴，還會出現環(huán)繞震蕩。

不僅PCB板上的任意兩個器件和導線不僅能夠互容，還能夠互感。如果當一個器件的信號發(fā)生變化時，就會在互容和互感的情況下，對其他的器件產生一定的影響，也就是串擾。

如果PCB板上出現比較多信號進行互換的現象時，電源線和地下線兩者之間存在一定的阻抗，就會產生出SSN，在地線上就會出現反彈噪聲，簡稱為地彈。不僅SSN的強度取決于集成電路I/O的特性，就連地彈的強度也是取決于集成電路I/O的特性，和其他一些電子設備是一樣的，PCB也存在EMI的問題，產生的主要因素，不僅和PCB板的布局方式有關，還和PCB板布線方式有關。

2相關的設計方法

針對SI 計算機對PCB設計方法為：把設計相關的內容進行輸入，首先輸入的就是原理圖設計，對其在SI模型下進行SI仿真的分析，仿真分析之后在進行PCB相關的設計，并對其設計進行有效的加工，最后實行相關的測量和調試，在進行調試的過程中，出現設計的原圖進行相應的修改，如果滿足調試相關的要求，就可以對設計進行定型。

信號完整性分析的方法主要具有以下幾個方面特點：一是在對PCB進行設計的前提下，必須要先建立高速數字信號傳輸的SI模型；二是對SI問題在SI模型中進行相應的仿真，并結合仿真的實際結構，不僅要選擇比較合適的元器件類型，還要選擇比較合適的電路拓撲結構，作為原理圖在設計的過程中主要的依據；三是將設計的相關方案交到SI模型當中，并對其進行SI分析，不僅要結合元器件和PCB板參數公差存在的因素進行考慮，還要對PCB圖版設計中的參數變化因素進行考慮，對設計方案進行深刻的分析；四是在圖形設計完成之后，各個高速數字信號不僅應該具有連續(xù)的解空間，還要具有可實現的解空間，也就是PCB在范圍內進行變化、元件參數在范圍內進行變化、PCB板上布局具有一定的靈活性、PCB板上的信號也具有靈活性等情況下，對SI的相關要求都能夠得到一定的保證；五是PCB在進行設計之前，獲得信號解空間上邊界值，就是PCB在設計過程中受到約束的條件，同時不僅是PCB布局設計的主要依據，還是PCB布線設計的主要依據；六是在PCB整個設計的過程中，將部分完成或者是全部完成的相關設計要送到SI模型當中，對其進行SI分析，看看設計出來的PCB版圖在設計的過程中是否符合SI的相關要求。如果在進行SI仿真的過程中，仿真出來的結果不能滿足SI相關的要求，就要對PCB設計進行修改，嚴重的就要對PCB原理圖設計進行修改，這樣做的方法在一定程度上防止了PCB設計中出現的不當，就會出現PCB進行制作的現象。PCB在設計的過程中，制造出來的參數存在的公差范圍一定要在SI分析解空間的范圍之中；七是對已經制造出來的PCB，要用儀器進行再一次的檢測和調試，不僅驗證SI模型的正確性，還要驗證SI分析的正確性，還作為模型進行修正的主要依據。

在SI模型正確方法基礎上以及SI分析方法正確的基礎上，對PCB板設計進行較少的修改或者不用修改的前提下，就能夠對其進行最終的定稿，這樣不僅可以對產品開發(fā)的周期進行了一定的縮短，還在一定程度上對產品開發(fā)的成本進行了相應的降低。

3總結

在對PCB板設計的過程中和設計完成后，都要對其進行驗證和檢測，進一步保證SI模型的正確性和SI分析的正確性，在一定程度上促進了高速數字PCB板的設計和開發(fā)，不僅對產品的性能在一定程度上得到了提高，對產品開發(fā)的周期也得到了相應的縮短，對成品成本的開發(fā)起到了降低的作用。SI分析模型以及SI計算和分析算法在以后會得到不斷的完善和提高，SI進行分析的PCB設計相關的方式，在以后的電子產品設計的過程中，將會得到比較廣泛的應用。

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