隨著集成電路輸出開關速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經成為高速數字PCB設計必須關心的問題之一。元器件和PCB板的參數、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，導致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB板的設計過程中充分考慮到信號完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經成為當今PCB設計業(yè)界中的一個熱門課題?；谛盘柾暾杂嬎銠C分析的高速數字PCB板設計方法能有效地實現(xiàn)PCB設計的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達IC，則該電路具有較好的信號完整性。反之，當信號不能正常響應時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。從廣義上講，信號完整性問題主要表現(xiàn)為5個方面：延遲、反射、串擾、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導線上以有限的速度傳輸，信號從發(fā)送端發(fā)出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產生影響，在高速數字系統(tǒng)中，傳輸延遲主要取決于導線的長度和導線周圍介質的介電常數。另外，當PCB板上導線(高速數字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負載阻抗不匹配時，信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射，就會產生振鈴和環(huán)繞振蕩。

1.寄生電容過孔本身存在著對地或電源的寄生電容，如果已知過孔在內層上的隔離孔直徑為D2;過孔焊盤的直徑為D1;PCB的厚度為T;板基材的相對介電常數為ε;過孔的寄生電容延Κ了電路中信號的上升時問，降低了電路的速度。如果一塊厚度為25mil的PCB，使用內徑為10mil，焊盤直徑為20mil的過孔，內層電氣間隙寬度為32mil時，可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致為0.259 pF。如果走線的特性阻抗為30Ω,則該寄生電容引起的信號上升時間延長量。系數1/2是因為過孔在走線的中途。從這些數值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升沿變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，設計者還是要慎重考慮的。2.寄生電感過孔還具有與其高度和直徑直接相關的串聯(lián)寄生電感。若九是過孔的高度;d是中心鉆孔的直徑;則過孔的寄生電感L近似為在高速數字電路的設計中，寄生電感帶來的危害超過寄生電容的影響。過孔的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容在電源或地平面濾除噪聲的作用，減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用c因此旁路和去耦電容的過孔應該盡可能短，以使其電感值最小。通過上面對過孔寄生特性的分析，為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在進行高速PCB設計時應盡量做到：· 盡量減少過孔，尤其是時鐘信號走線;· 使用較薄的PCB有利于減小過孔的兩種寄生參數;· 過孔阻抗應該盡可能與其連接的走線的阻抗相匹配，以便減小信號的反射;

從IC芯片的發(fā)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)有電氣系統(tǒng)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(tǒng)中，也會出現(xiàn)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。

湖北線路板印制一個高明的CAD工程師需要做的是：如何綜合考慮各方意見，達到最佳結合點。以下為EDADOC專家根據個人在通訊產品PCB設計的多年經驗，開發(fā)線路板印制所總結出來的層疊設計參考，與大家共享。 PCB層疊設計基本原則 CAD工程師在完成布局(或預布局)后，重點對本板的布線瓶徑處進行分析，再結合EDA軟件關于布線密度(PIN/RAT)的報告參數、綜合本板諸如差分線、敏感信號線、特殊拓撲結構等有特殊布線要求的信號數量、種類確定布線層數;再根據單板的電源、地的種類、分布、有特殊布線需求的信號層數，綜合單板的性能指標要求與成本承受能力，確定單板的電源、地的層數以及它們與信號層的相對排布位置。單板層的排布一般原則：A)與元件面相鄰的層為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供回流平面;B)所有信號層盡可能與地平面相鄰(確保關鍵信號層與地平面相鄰);C)主電源盡可能與其對應地相鄰;D)盡量避免兩信號層直接相鄰;