PCB設計中的信號完整性問(wèn)題

2021-04-20

PCB設計中的信號完整性問(wèn)題

信號傳輸并非嚴格針對網(wǎng)絡(luò )設計師，您的PCB設計可能會(huì )遇到相同類(lèi)型的問(wèn)題。由于您無(wú)需費力地擺弄耳朵，因此防止電源完整性和信號完整性問(wèn)題對于您的PCB設計流暢且無(wú)靜電至關(guān)重要。

HDMI，還是復合？了解信號完整性問(wèn)題中的信號

無(wú)論是帶有智能，純平電視或等離子電視的電纜，衛星，Netflix，Hulu，亞馬遜或Youtube，都有多種接收信號的方式，您可以觀(guān)看所需的電視。同樣，大多數PCB在常規和高速設計中將包括幾種信號類(lèi)型。其中一些是：

電源信號：根據復雜程度，您可能有幾種不同級別的電源信號。例如，大多數處理器需要3-5V范圍內的信號，而放大器可能需要高達15V范圍內的偏置電壓。

數據信號：數據可以是模擬的也可以是數字的。對于模擬量，典型范圍為+/- 10V。對于數字信號，范圍可能是0-5V或+ / 5V，具體取決于信號格式。

控制信號：通常用于打開(kāi)或關(guān)閉設備的信號，通常是0-5V信號。

通信信號：這些信號的信號強度可能會(huì )低至微伏級別。這些通常是RF，頻率可能會(huì )在很寬的范圍內變化。

除信號強度外，對于模擬信號，頻率也是PCB設計中的重要考慮因素。這在具有高頻率水平的通信設備的PCB中尤為重要。

輸出尺寸和布線(xiàn)注意事項：有多寬？

對于非常簡(jiǎn)單的PCB設計，通?？梢员荛_(kāi)設計路線(xiàn)以適應極端的電流和電壓。例如，在整個(gè)過(guò)程中使用單個(gè)走線(xiàn)寬度可以處理最大容量。盡管這種情況與最佳實(shí)踐相去甚遠，但您的董事會(huì )可能會(huì )在這些情況下正常工作。如果您像我一樣，我們希望通過(guò)使電路板盡可能的小巧和多功能來(lái)優(yōu)化我們的電路板。

對于這些更復雜的PCB設計，必須格外小心，布線(xiàn)也不是那么簡(jiǎn)單。我們要設計與它們攜帶的信號相匹配的路線(xiàn)。請參考下表以了解一般注意事項：

路由注意事項	潛在問(wèn)題	路由解決方案
走線(xiàn)長(cháng)度	信號強度損失	最小化
跡線(xiàn)之間的距離	干涉	垂直路線(xiàn)
跡線(xiàn)角	串擾，輻射	圓形，使用45°而不是90°
通過(guò)使用	感言	最小化

采用上述解決方案可減少損失，空間和成本。但是，要正確地合并這些要求使用最佳的PCB設計工具。

確保靜音

較舊的電視信號傳輸中的噪音使您試圖通過(guò)積雪查看自己喜歡的節目。如今，信號完整性問(wèn)題（如嘈雜的傳輸線(xiàn)）可能會(huì )給您帶來(lái)困惑，甚至根本沒(méi)有信號。的噪聲的在PCB設計源可以來(lái)自多種來(lái)源。例如，開(kāi)關(guān)IC引腳狀態(tài)引起的干擾，諸如振蕩器之類(lèi)的輻射設備對附近走線(xiàn)的干擾，同一走線(xiàn)上的多個(gè)頻率信號以及其他來(lái)源。

從大多數復雜的PCB設計中完全消除噪聲幾乎是不可能的。但是，有一些方法可以使噪聲最小化。消除噪音的最佳資產(chǎn)是組件的放置。所有分量輻射均取決于頻率，并且頻率（信號變化）越高，離光源的距離越短。因此，應將處理同一信號的組件放置在遠離其他組件的位置。將組件放置在信號彼此起源和終止的地方。

您也可以嘗試實(shí)現去耦電容器或旁路電容器。如有可能，應將它們直接綁在地面上，并適當調整尺寸。請注意，任何電感都會(huì )與電容器結合以建立濾波電路。

嘈雜的數字電視信號

一起扭耳朵：差分傳輸

只要有可能，可以通過(guò)使用差分電路來(lái)改善信號完整性。大多數IC設計人員都試圖實(shí)現這一目標。但是，有時(shí)差分對可能會(huì )路由到彼此不相鄰的引腳。從PCB設計的角度來(lái)看，我們要執行以下操作：

將差分對一起布線(xiàn)。

使用盡可能相同的走線(xiàn)寬度和長(cháng)度。

在同一信號平面或同一層上布線(xiàn)。

地平面可簡(jiǎn)化信號完整性

接地層可以為多個(gè)電路提供中央層參考，這可以顯著(zhù)減少您的引腳連接和走線(xiàn)數量，更不用說(shuō)簡(jiǎn)化復雜PCB的外觀(guān)布局了。在設計PCB時(shí)，以下技巧可以最大程度地減少與接地層相關(guān)的問(wèn)題：

確保沒(méi)有從電源平面到接地平面的直接路徑（這看起來(lái)很容易，但是對于復雜的設計，可以忽略它，直到開(kāi)始油炸才意識到）。

請勿在接地平面上插入間隙。

在接地/電源層之間運行時(shí)鐘信號（或其他關(guān)鍵信號）。

在同一層上路由使用相同回路（地平面）的信號。

對于具有多個(gè)接地平面的板，請在每個(gè)平面上的同一點(diǎn)將這些平面連接在一起。

對于帶有機箱連接的板，請確保所有接地層都連接在一起。

地平面的做與不做

當我四處移動(dòng)舊電視的兔子耳朵來(lái)獲得想要的頻道時(shí)，總有某種瘋狂的方法：向左搖擺，然后向右搖擺，然后來(lái)回緩慢地工作，直到找到正確的位置為止。最佳清晰度。值得慶幸的是，在PCB設計中，存在明顯更具體的信號完整性問(wèn)題信號處理方法。通過(guò)做出最佳的路由決策，采用降噪策略，在可能的情況下使用差分對以及應用良好的接地層使用，您將顯著(zhù)提高保持信號完整性的機會(huì )。