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高速高密度PCB设计的关键技术与发展

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2020-03-04 14:00    浏览量:
     高速高密度已逐渐成为众多现代电子产品的重大发展趋势之一,高速高密度PCB设计技术已成为一个重要的研究领域。与传统的PCB设计相比,高速高密度PCB设计存在一些关键技术问题,需要开发新的设计技术,还有许多理论和技术问题还有待深入研究。与此同时,对高速高密度PCB的需求也越来越高,使高速高密度PCB设计不断面临新问题,大量相关研究成果不断出现,推动高高密度PCB设计
     本文先容了高速高密度PCB设计(信号完整性,电源完整性,EMC / EM I和热分析)的关键技术问题以及相关EDA技术的新发展,并讨论了高速高速的几个重要趋势。 - 密度PCB设计。关键技术问题高速高密度PCB设计的关键技术问题是信号完整性(信号完整性,SI),电源完整性(电源完整性,P I),EMC / EM I和热分析。
信号完整性信号完整性主要指信号在线路1上传输的质量,当电路信号能够以所需的时间序列(定时),持续时间和电压幅度到达接收芯片的引脚时,电路具有良好的信号完整性。当信号没有正确响应或信号质量不能使系统长时间稳定工作时,就会出现信号完整性问题。
     信号完整性问题主要表现为:延迟,反射,过冲,振铃,串扰,定时,同步开关噪声,EM I等。信号完整性问题可能直接导致信号失真,定时错误以及不正确的数据,地址和控制信号的产生,从而导致系统错误甚至瘫痪。通常,对于数字芯片,高于V IH的电平是逻辑1,低于V IL的电平是逻辑0,并且VIL_VIH之间的电平是不确定的。对于带振铃的数字信号,当振荡电平进入VIL~VIH的不确定区域时,可能会引起逻辑错误。数字信号的传输必须具有正确的时序。通用数字芯片要求数据必须在时钟触发沿tsetup之前保持稳定,以确保逻辑时序正确。
     当信号传输延迟太长时,可能无法在时钟的上升沿或下降沿接收到正确的逻辑,从而导致定时错误。信号完整性问题的原因更复杂,元件参数,PCB参数,PCB布局上的元件,高速信号布线等是影响信号完整性的重要因素。
     信号完整性是一个系统问题,有必要使用系统的观点来研究和解决信号完整性问题。相对来说,人们经历了几十年的研究信号完整性问题,并取得了许多重要的理论和技术成果,积累了丰富的经验。
     许多信号完整性技术已相对成熟,已被广泛使用。电源完整性电源完整性主要是指高速系统,配电系统(Powerdistribution systems,PDS)在不同频率下,阻抗特性不同,使电源层上的PCB与各层之间的电压不一样整个电路板,导致电源不连续,导致电源噪声,使芯片不能正常工作。同时,由于高频辐射,电源完整性问题也会带来EMC / EM I问题。在高速和低工作电压的电路中,电源噪声的危害尤为严重。
     由于基于布线和器件模型的信号完整性分析引起的巨大误差而没有考虑电源的影响,因此提出了电源完整性。相对来说,人们经历了几十年的研究信号完整性问题,并取得了许多重要的理论和技术成果,积累了丰富的经验。许多信号完整性技术已相对成熟,已被广泛使用。
     电源完整性电源完整性主要是指高速系统,配电系统(Powerdistribution systems,PDS)在不同频率下,阻抗特性不同,使电源层上的PCB与各层之间的电压不一样整个电路板,导致电源不连续,导致电源噪声,使芯片不能正常工作。同时,由于高频辐射,电源完整性问题也会带来EMC / EM I问题。在高速和低工作电压的电路中,电源噪声的危害尤为严重。
     由于基于布线和器件模型的信号完整性分析引起的巨大误差而没有考虑电源的影响,因此提出了电源完整性。相对而言,电源完整性研究起步较晚,理论研究和技术手段不够成熟,是目前高速,高密度PCB设计面临的最大挑战之一。目前,主要是采取一些共同措施,在一定程度上尽量减少供电完整性问题带来的不利影响。采取的主要措施是优化PCB的堆叠,布局和布线设计,其次是适当增加去耦电容。当系统频率低于300~400 MHz时,在适当的位置设置适当的电容有助于减少电源完整性问题的影响。然而,当系统的频率较高时,去耦电容器的效果非常小。在这种情况下,只有通过优化PCB设计才能降低电源完整性问题的影响。
     Emc EMC(电磁兼容性)通常被定义为“设备或系统在其电磁环境中正常运行的能力,而不是对该环境中的任何物体造成无法忍受的电磁干扰。” “它还被定义为:”研究的是有限的空间,有限的时间和有限的频谱资源,各种电气设备(子系统,系统,广义也包括有机体)可以共存而不会导致科学降级。“EMC专注于EM I(电磁干扰)和EMS(电磁敏感性)。 EM I的产生是由能量从电磁干扰源通过耦合路径传递到敏感系统引起的。
     它包括导体和公共地线的三种基本传导形式,通过空间辐射或通过近场耦合。 EMC是一种电子产品,非常重要,现在许多国家和地区都有严格而完整的EMC标准,而越来越多的电子产品必须通过相关的EMC测试认证才能进入市场。
     而且,随着电磁环境的恶化,电子产品的EMC要求将越来越高。 EMC是最复杂的问题。当Ascent(下降)时间(上升/下降)从5 NS减小到2.5 ns时,EM I将增加约4倍。 EM I的谱宽与上升时间成反比。 1EM I的辐射强度与频率1的平方成比例,这种EM I辐射的频率范围是几十MHz到几GHz。这些高频相应的波长很短,PCB上的短连接器甚至芯片内的互连线都可以成为高效的发射或接收天线,从而导致严重的EMC问题。 “在高速设计时代,PCB设计人员对EMC问题的了解并不多,”Henry Ott Consulting总裁Henry W Ott在东部PCB设计研讨会(PCB设计会议 - 东部)的主题演讲中表示。 。将面临许多意想不到的问题“由于更快的设计和更常见的无线设计,EMC将成为一个更大的挑战。”由于EMC的复杂性和现代电子对EMC的日益增长的需求,EMC技术将成为长期研究的重要领域。目前,防范和解决EMC问题,主要是遵循一些常见的PCB设计约束,但具体使用那些规则,如何有效,必须具体分析具体问题,在很大程度上取决于理论水平设计师和实践经验。

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