信號在信號線上的質(zhì)量,是信號在電路中能以正確的時序和電壓作出響應的能力叫做信號完整性(Signal Integrity)簡稱SI, 集成電路芯片(IC)或邏輯器件的開關速度高,端接元件的布局不正確或高速信號的錯誤布線等都會引起如反射(reflection)、串擾(crosstalk)、過沖(overshoot)、欠沖(undershoot)、振鈴(ringing)等信號完整性問題,從而可能使系統(tǒng)輸出不正確的數(shù)據(jù),電路工作不正常甚至完全不工作.
PCB的信號完整性與設計 在PCB的設計中,PCB設計人員需要把元器件的布局、布線及每種情況下應采用的何種SI問題解決方法綜合起來,才能更好地解決PCB板的信號完整性問題.在某些情況下IC的選擇能決定SI問題的數(shù)量和嚴重性.開關時間或邊沿速率是指IC狀態(tài)轉(zhuǎn)換的速率,IC邊沿速率越快,出現(xiàn)SI問題的可能性越高,正確地端接器件就很重要. PCB設計中減少信號完整性問題常用的方法是在傳輸線上增加端接元器件.在端接過程中,要權(quán)衡元器件數(shù)量、信號開關速度和電路功耗三方面的要求.例如增加端接元器件意味著PCB設計人員可用于布線的空間更少,而且在布局處理的后期增加端接元器件會更加困難,因為必須為新的元件和布線留出相應的空間.因此在PCB布局初期就應當搞清楚是否需要放置端接元器件.
信號完整性設計的一般準則
如何合理設計電流的分配?尤其是電/地層中電流的分配設計十分困難,而總電流在PCB板中的分配如果不均勻,會直接明顯地影響PCB板的不穩(wěn)定工作.
如何設計多種類的電源分塊系統(tǒng)?如3.3V、2.5V、3V、1.8V、5V、12V等等.電源層的合理分割和共地問題是PCB是否穩(wěn)定的一個十分重要的因素.
如何配置退耦電容?利用退耦電容來消除噪聲是常用的手段,但如何確定其電容量?電容放置在什么位置?采用什么類型的電容等?
如何消除地彈噪聲?地彈噪聲是如何影響和干擾有用信號的?
回路(Return Path)噪聲如何消除?很多情況下,回路設計不合理是電路不工作的關鍵,而回路設計往往是工程師最束手無策的工作.
PCB的層數(shù)如何定義?包括采用多少層?各個層的內(nèi)容如何安排最合理?如應該有幾層信號層、電源層和地層,信號層與地層如何交替排列等.
常見的如過沖、欠沖、振鈴、傳輸線時延、阻抗匹配、串擾、毛刺等有關信號畸變的問題,但這些問題和上述問題是不可分割的,它們之間是因果關系.
2.確保信號完整性的PCB板設計準則
SI和EMC專家在PCB布線之前要進行仿真和計算,然后,PCB板設計就可以遵循一系列非常嚴格的設計規(guī)則,在有疑問的地方,可以增加端接元器件,從而獲得盡可能多的SI安全裕量.
電源完整性(PI)與信號完整性(SI)是密切關聯(lián)的,電源完整性直接影響最終PCB板的信號完整性.而且很多情況下,影響信號畸變的主要原因是電源系統(tǒng).
信號完整性(SI)問題解決得越早,設計的效率就越高,從而可避免在電路板設計完成之后才增加端接元器件.
EMC設計目前主要采用設計規(guī)則檢查方式,很重要的一點,就是企業(yè)必須逐步建立和完善適合企業(yè)特定領域產(chǎn)品的設計規(guī)范,形成一整套的EMC設計規(guī)則集.這些在國外的大公司非常普及,如三星和SONY.這些規(guī)則由人或者EDA軟件來檢查核對.
隨著IC輸出開關速度的提高,不管信號周期如何,幾乎所有設計都遇到了信號完整性問題.即使過去沒有遇到SI問題,但是隨著電路工作頻率的提高,一定會遇到信號完整性的問題.