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要做高速的 PCB 设计,首先必须明白下面的一些基本概念,这是基础。 1、什么是电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)? (Electromagnetic Interference),有传导干扰和辐射干扰两种。 传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速 PCB 及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。自从电子系统降噪技术在70 年代中期出现以来,主要由于美国联邦通讯委员会在 1990年和欧盟在 1992 提出了对商业数码产品的有关规章,这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性 EMC(Electromagnetic Compatibility)。 2、什么是信号完整性(signal integrity)? 信号完整性是指信号在信号线上的质量。信 号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候,具有所必需达到的电压电平数值。差的
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高速 PCB 设计入门概念问答集
要做高速的 PCB 设计,首先必须明白下面的一些基本概念,这是基础。
1、什么是电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)?
(Electromagnetic Interference),有传导干扰和辐射干扰两种。 传导干扰是指通过导电
介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其
信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速 PCB 及系统设计中,高频信号线、集成电路的引
脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或
本系统内其他子系统的正常工作。自从电子系统降噪技术在 70 年代中期出现以来,主要由
于美国联邦通讯委员会在 1990 年和欧盟在 1992 提出了对商业数码产品的有关规章,这些
规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称
为具有电磁兼容性 EMC(Electromagnetic Compatibility)。
2、什么是信号完整性(signal integrity)?
信号完整性是指信号在信号线上的质量。信 号具有良好的信号完整性是指当在需要的
时候,具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的,而是
板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法
3、什么是反射(reflection)?
反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处,
但是有一部分被反射了。如果源端与负载端具有相同的阻抗,反射就不会发生了。源端与负
载端阻抗不匹配会引起线上反射,负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗,
反射电压为负,反之,如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为正。布线的几何形状、不正确
的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。
4、什么是串扰(crosstalk)?
串扰是两条信号线之间的耦合,信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合
引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。PCB 板层的参数、信号线间距、驱动端和接收
端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
5、什么是过冲(overshoot)和下冲(undershoot)?
过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于下降沿
是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。
过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致过早地失效。过分的下冲能够引起假的时
钟或数据错误(误操作)。
6、什么是振荡(ringing)和 环绕振荡(rounding)?
振荡的现象是反复出现过冲和下冲。信 号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容
引起,振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。信号完整性问题通常发生在周期信
号中,如时钟等,振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的,振荡可以通过适当的
端接予以减小,但是不可能完全消除。
7、什么是地电平面反弹噪声和回流噪声?
在电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声(简称为地弹),如大量芯片的输出同
时开启时,将 有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的
电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面(0V)上产生电压的波动和变化,这个噪
声会影响其它元器件的动作。负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关
器件数目的增加均会导致地弹的增大。由于地电平面(包括电源和地)分割,例如地层被分割
为数字地、模拟地、屏蔽地等,当数字信号走到模拟地线区域时,就会产生地平面回流噪声。
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