电路设计

PCB对信号速率的影响

2019-07-14 06:11发布

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随着信号速率的提升，PCB对信号的传输也带来了一定的影响作用。就PCB的影响可分为下面几个部分：
    1. PCB板材：PCB material
      PCB板材是信号传输链路的基板。PCB由内核层（core）、电气层（dielectric layer）和铜箔（copper foil）等组成，最终通过胶粘叠在一起组成完整的PCB层叠结构。其中由于PCB板材造成的信号衰减（signal attenuation ）主要成因分为电解质损耗（dielectric loss ）、传导损耗（conductor loss）、反射（reflections） 、阻抗失配（mismatched impedance） 等。上面这些损耗又和材料的各种特性有关，这些特性直接对链路的产生直接的影响，它们可总结为下面几个特性：
          损耗角正切(耗散因子)：Loss Tangent and Dissipation Factor (tan(δ)/Df)
          介电常数：Dielectric constant (Er/Dk)
          PCB纤维编织紧凑度：Fiberglass weave composition
          铜箔表面粗糙度：Copper surface roughness
  •  损耗角正切(耗散因子)：Loss Tangent and Dissipation Factor (tan(δ)/Df)
           耗散因子可以用来衡量传输线的损耗，信号在传输线上面从发射端传输到接收端会产生电、磁波，电磁波会在电解质层被吸收，将这种损耗称为电解质损耗dielectric loss。随着信号速率的上升，电解质损耗也会同比例上升。
  • 介电常数：Dielectric constant (Er/Dk)
           介电常数是衡量材料的绝缘特性的一个因素。低的介电常数可以提供更优良的绝缘性，这样信号在传输时更快、传输几何线的阻抗越大、寄生电容越小。
  • PCB玻璃纤维编织紧凑度：Fiberglass weave composition
            现象：PCB板由玻璃纤维纱股线与环氧树脂编织成束以形成构成芯和预浸料层压板的玻璃纤维板。由于纤维束和环氧树脂的介电常数不同，纤维组织的密度影响层压板的介电常数的均匀性。
  • 铜箔表面粗糙度：Copper surface roughness
            现象： 高频是由于趋肤效应，这样会减小电流流过的有效面积、增大传输线的有效电阻，从而增加传输线的传输损耗；

    2.PCB叠层设计：stack-up design
    •     传输线类型：
            信号路径在PCB表面的信号线称为微带线microstrip；
            信号路径在PCB内层的信号线称为带状线stripline；
    •     传输线类型造成的差异：
            带状线和微带线的特征电阻不同，所以对应的匹配电阻不同（在匹配电阻相同的情况下，宽度和高度可能存在差异）；
            相同频率下，带状线的插入损耗要低于微带线的插入损耗，一般高速信号布在内层，选用带状线布线；
            当材料一定时（介电常数一致），多数情况下微带线的传输延时要低于带状线的传输延时；
       3.PCB链路设计：channel design
        •   单端信号：
          所有走线尽量相互垂直；
          走线之间的线间距较大；
          走线到邻近的平面之间的距离较小；
          时钟线尽可能笔直，如果有弯折，使用圆弧代替折线；
          时钟线少换层；过孔会改变阻抗， 造成信号的反射；
          最外层紧邻放置地层，减小噪声；内层的时钟线应被两个参考层包裹；
          • 差分信号：
          差分对间的间距要大于对内间距的2倍；
          对内间距等于到参考层距离的3倍；
          对内的间距尽可能保持不变；
          保证差分线对内的偏差和相位差最小；
          避免使用过孔。4.PCB电源噪声滤波：Power Noise Filtering
            5.PCB阻抗匹配：Termination Schemes



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