高速PCB電路板的信號完整性設計

　　摘要： 描述了高速PCB電路板信號完整性設計方法。 介紹了信號完整性基本理論， 重點討論了如何采用高速PCB設計方法保證高速數采模塊的信號完整性，

　　關鍵詞： 信號完整性; PCB設計;

　　集成電路芯片構成的電子系統朝著大規模、小體積、高速度方向發展， 信號的工作頻率也不斷提高， 使得PCB的布局布線密度變大， 輸出開關速度過高， 引起信號延遲、時序問題及串擾、傳輸線效應等信號完整性問題， 從而導致系統工作不穩定， 甚至完全不工作。 因此， 如何在系統設計以及板極設計中考慮到信號完整性的因素， 并采取有效的控制措施， 成為一個設計成功的關鍵因素 。 文中在對信號完整性設計的基本理論做出一個完整的闡述。

　　1? 信號完整性基本理論

　　1. 1? 信號完整性定義

　　信號完整性（ S igna l Integrity， S I）是指在信號線上的信號質量， 是信號在電路中能以正確的時序和電壓做出響應的能力。 當電路中信號能以要求的時序、持續時間和電壓幅度到達IC 時， 該電路就有很好的信號完整性。

　　1. 2? 影響信號完整性的主要因素

　　引起信號完整性問題的因素很多， 主要因素有延遲、反射、串擾、地彈以及電磁干擾。 信號時延主要表現為信號在邏輯電平的高、低門限之間變化時， 保持一段時間信號不跳變。 過多的信號延時可能導致時序錯誤和器件功能的混亂。 信號延時的原因包括驅動過載和走線過長。 傳輸時延與信號線的長度、信號傳輸速度。

　　反射， 即為傳輸線上的回波。 反射信號產生的主要原因是過長的走線、未被匹配終端的傳輸線、過量電容或電感及阻抗失配。 當一根信號線上有信號通過時， 在PCB 板上與之相鄰的信號線上就會感應出相關的信號， 這種現象稱之為串擾。 信號線距離地線越近， 線間距越大， 產生的串擾信號越小。 地彈是指當電路中有大的電流涌動時產生的地平面反彈噪聲。 電磁干擾包括產生過量的電磁輻射及對電磁輻射的敏感性兩個方面。 EM I產生的主要原因是電路工作頻率太高及布局、布線不合理。

　　2? 高速數據采集系統

　　高速數據采集系統原理框圖如圖1所示， 此高速數據采集系統體積小巧輕便， 致使電路板布局布線密度高; 系統時鐘運行頻率為100MH z以上， ADC 芯片轉換率在125MH z左右， 屬于高速系統; 同時系統工作還需多種電源供電， 因此對其分析必須全面考慮信號完整性

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　　圖1? 數據采集系統原理框圖