引 言

　　縱觀電子行業的發展，1992年只有40％的電子系統工作在30 MHz以上，而且器件多使用DIP、PLCC等體積大、引腳少的封裝形式；到1994年，已有50％的設計達到了50 MHz的頻率，采用PGA、QFP、RGA等封裝的器件越來越多；1996年之后，高速設計在整個電子設計領域所占的比例越來越大，100 MHz以上的系統已隨處可見，采用CS（線焊芯片級BGA）、FG（線焊腳距密集化BGA）、FF（倒裝芯片小間距BGA）、BF（倒裝芯片．BGA）、BG（標準BGA）等各種BGA封裝的器件大量涌現，這些體積小、引腳數已達數百甚至上千的封裝形式已越來越多地應用到各類高速、超高速電子系統中。從IC芯片的發展及封裝形式來看，芯片體積越來越小、引腳數越來越多；同時，由于近年來IC工藝的發展，使得其速度也越來越高。這就帶來了一個問題，即電子設計的體積減小導致電路的布局布線密度變大，而同時信號的頻率還在提高，從而使得如何處理高速信號問題成為一個設計能否成功的關鍵因素。隨著電子系統中邏輯復雜度和時鐘頻率的迅速提高，信號邊沿不斷變陡，印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統電氣性能的影響也越發重要。對于低頻設計，線跡互連和板層的影響可以不考慮，但當頻率超過50 MHz時，互連關系必須考慮，而在*定系統性能時還必須考慮印刷電路板板材的電參數。因此，高速系統的設計必須面對互連延遲引起的時序問題以及串擾、傳輸線效應等信號完整性（Signal Integrity，SI）問題。當硬件工作頻率增高后，每一根布線網絡上的傳輸線都可能成為發射天線，對其他電子設備產生電磁輻射或與其他設備相互干擾，從而使硬件時序邏輯產生混亂。電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）的標準提出了解決硬件實際布線網絡可能產生的電磁輻射干擾以及本身抵抗外部電磁干擾的基本要求。

　　1 高速數字電路設計的幾個基本概念在高速數字電路中，由于串擾、反射、過沖、振蕩、地彈、偏移等信號完整性問題，本來在低速電路中無需考慮的因素在這里就顯得格外重要；另外，隨著現有電氣系統耦合結構越來越復雜，電磁兼容性也變成了一個不能不考慮的問題。要解決高速電路設計的問題，首先需要真正明白高速信號的概念。高速不是就頻率的高低來說的，而是由信號的邊沿速度決定的，一般認為上升時間小于4倍信號傳輸延遲時可視為高速信號。即使在工作頻率不高的系統中，也會出現信號完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高，所用器件I／O端口的信號邊沿比以前更陡更快，因此在工作時鐘不高的情況下也屬于高速器件，隨之帶來了信號完整性的種種問題。

　　2 高速數字電路設計的基本要求在PCB設計中，電磁兼容性的分析也離不開布線網絡本身的信號完整性，主要分析實際布線網絡可能產生的電磁輻射和電磁干擾，以及電路板本身抵抗外部電磁干擾的能力，并且依據設計者的要求提出布局和布線時抑制電磁輻射和干擾的規則，作為整個PCB設計過程的指導原則。電磁輻射分析主要考慮PCB板與外部接口處的電磁輻射、PCB板中電源層的電磁輻射以及大功率布線網絡動態工作時對外的輻射問題。對于高速數字電路設計，尤其是總線上數字信號速率高于50 MHz時，以往采用集總參數的數學模型來分析EMC／EMI特性顯得無能為力，設計者們更趨向于采用分布離散參數的數學模型做布線網絡的傳輸線分析（TALC）。對于多塊PCB板通過總線連接而成的電子系統，還必須分析不同PCB板之間的電磁兼容性能。針對高速數字電路設計中的電磁兼容性和信號完整性問題，在進行高速PCB板設計時需要從以下一些方面進行考慮。