高速电路PCB设计实践

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1、高速电路PCB设计实践学习高速电路PCB设计的必要性高速电路设计理论基础PCB简介PCBEDA软件简介PCB设计流程课程时间：（周一至周五）8：00～11：00；14：00～17：00高速数字电路设计理论基础高速与低速的区别？什么是高速电路？高速电路与高频电路的区别？传输线理论高速数字电路简介高速数字信号由信号的边沿速度决定，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时，可视为高速信号。平常讲的高频信号是针对信号时钟频率而言的。设计开发高速电路应具备信号分析、传输线、模拟电路的知识频率vs.信号沿即信号的时钟频率Fclockvs.信号的有效频率Fkne

2、eTr信号的上升时间电信号传播电信号在真空中的传播速度大约是30万公里每秒，即3×10^10cm/s(^表示幂运算)，亦即约11800mil/ns.在其他介质中，假设相对介电常数为Er，则传播速度约为：11800×Er^0.5mil/ns一般PCB板FR4材料的介电常数是4左右，所以，电信号在其中的传播速度大约是11800/(4^0.5)=5900mil/ns信号在沿着传输线传输时，是以电磁波的形式传输的。电磁波包含时变的电场和磁场。假设一种脉冲信号的上升沿大约是1.0ns（有效频率0.5GHz），它在FR-4的印刷电路板中沿内层走线传输有5.6

3、in.长，这由以下公式可算得：上升时间单位时延上升沿长度取Td=180ps/inch得L=5.6inch高速数字电路简介四种常见传输线PCB中的传输线电视天线电话线、网线PCB简介PCB板中的传输线分析相对介电常数我们常用的PCB介质是FR4材料的，相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的，在0-70度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化，温度越高，延时越大。介电常数还会随信号频率变化，频率越高介电常数越小。100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时一般的FR4材料的PCB

4、板中内层信号的传输速度为180ps/inch。表层一般要视情况而定，一般介于140与170之间。微带线Microstrip1foot=12inch1inch=2.54cm1inch=1000mils1英寸=1000密耳1oz=1.44mils1盎司=1.44密耳原：1oz=31.1g克在PCB板上，一平方英寸的铜箔，厚度为1.44mils时，质量为1oz。微带线Microstrip微带线Microstrip带状线Stripline1foot=12inch1inch=2.54cm1inch=1000mils1英寸=1000密耳1oz=1.44mil

5、s1盎司=1.44密耳带状线Stripline带状线StriplinePCB简介反射传输线上只要出现阻抗不连续点就会出现信号的反射现象，如：信号线的源端和负载端、过孔、走线分支点、走线的拐点等位置都存在阻抗变化，会发生信号的反射。通常所说的反射包括负载端反射和源端反射。负载端与传输线阻抗不匹配时会引起负载端反射，负载将一部分电压反射回源端。源端与传输线阻抗不匹配时会引起源端反射，由负载端反射回来的信号传到源端时，源端也将部分电压再反射回负载端。反射造成了信号振铃现象，如果振铃的幅度过大，一方面可能造成信号电平的误判断，另一方可能会对器件造成损坏。

6、反射源端阻抗传输线阻抗负载阻抗有正负反射造成过冲、振铃反射1．消除一次反射:２．消除二次反射:改善方法：３．短线:反射—串行端接串行端接匹配的信号源的阻抗，所插入的串行电阻阻值加上驱动源的输出阻抗应该大于等于传输线阻抗（轻微过阻尼），即RS>=Z0-R0反射—并行端接简单，但要保证足够大的高电平驱动电流，所以电流消耗大简单，但选择VBIAS要保证驱动源在输出高低电平时的汲取能力,比较困难。分压器型端接，利用上下拉电阻构成端接来吸收反射。虽然降低了对器件驱动能力的要求，但R1和R2一致从系统电源中吸收电流，会增加系统的直流功耗。反射—多负载端接反射

7、—造成反的其它原因过孔走线分支走线拐角反射—过孔反射—减小过孔影响从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内存模块PCB设计来说，选用10/20Mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用8/18Mil的过孔。目前技术条件下，很难使用更小尺寸的过孔了。对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗。上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之

8、间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗。在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号