随着电子产品的不断微小化、精密化、高速化,PCB设计不仅仅要完成各元器件的线路连接,更要考虑高速,高密带来的各种挑战。当前,高速PCB设计越来越成为整个PCB设计行业从业者必须要掌握的设计技能。本文,板儿妹将和大家分享一些高速知识。
传输线
传输线的定义是有信号回流的信号线(由两条一定长度导线组成,一条是信号传播路径,另一条是信号返回路径。),最常见的传输线也就是我们PCB板上的走线。
数字设计中最常见的两种传输线类型是微带线和带状线。
微带线通常指PCB外层的走线,并且只有一个参考平面。微带线有两种类型:埋式或非埋式。埋式(有时又称作潜入式)微带线就是将一根传输线简单地嵌入电介质中,但其依然只有一个参考平面。
带状线是指介于两个参考平面之间的内层走线。
下图所示为PCB上不同元件之间的内层走线(带状线)和外层走线(微带线)。标识处的剖面图显示了传输线与地/电源层的相对关系。
典型PCB传输线示意图
注:在高速PCB设计中,如果是4层板以上的PCB,尽量走带状线,就是说要把高速信号线走到里层去,这样既能够减少EMI、EMC,抗干扰能力也可以加强。
延迟(Delay)
延迟是指信号在PCB的导线上以有限的速度传输,信号从发送端发出到达接收端,其间存在一个传输延迟。信号的延迟会对系统的时序产生影响,传输延迟主要取决于导线的长度和导线周围介质的介电常数。
在高速数字系统中,信号传输线长度是影响时钟脉冲相位差的最直接因素,时钟脉冲相位差是指同时产生的两个时钟信号,到达接收端的时间不同步。
时钟脉冲相位差降低了信号沿到达的可预测性,如果时钟脉冲相位差太大,会在接收端产生错误的信号,如下图所示,传输线时延已经成为时钟脉冲周期中的重要部分。
传输延时对信号的影响示意图
串行总线/并行总线
高速信号常见于各类串行总线与并行总线,只有你知道是什么总线,知道它跑多快,才能开始进行布线。
什么是串行总线?什么是并行总线?从字面意义你就能知道个大概。串行就是数据是一位一位的发送,并行就是数据一组一组的发送。如下图所示:
并行传输最好的例子是存储芯片DDR,它是有一组数据线D0—D7,加DQS,DQM,这一组线是一起传输的,无论哪位产生错误,数据都不会正确的传送过去,只有重新传输。
并行数据因为是一组一组一起传的,每一位都必须是一起传输到位,不能说有一位可以迟到一点,因此一组线之间在PCB布线时就得等长。
串行数据就不一样,数据是一位一位的传,位与位之间是没有联系的。不过,串行数据虽说是一位一位的传,不用等长,但也并不是一根线,高速线一般都是走差分线,也就是一正一负两根线。这是为了提高抗干扰性能。
(图文内容整理自网络)