019_3.htm

pcb布线经验总结

              <p align=center><font size="2"><img height=340 
      src="image/highspeed35.gif" width=556><br>
                <img 
      height=110 src="image/highspeed36.gif" width=302> <br>
                　</font></p>
              <p 
      align=left><font size="2">　　（3）干扰源信号频率及上升时间对串扰的影响<br>
                　　干扰源信号的频率变化会对被干扰对象上的串扰产生一定的影响，这里对图13中干扰源网络AB上的信号频率f1分别取20MHz、50MHz、100MHz、200MHz、300MHz、400MHz、500MHz等频率值时，被干扰对象上的串扰进行了仿真，仿真结果见表4，同时图17给出了f1分别取20MHz、100MHz、300MHz、500MHz时的串扰波形，这4种频率所对应的波形分别为标记"1"、"2"、"3"、"4"箭头所指的波形。<br>
                　　</font></p>
              <table cellspacing=" " cellpadding=1 width="80%" align=center border=1>
                <tbody> 
                <tr> 
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" colspan=8><font size="2">表4 　　　　　　　　　　　干扰源信号频率取不同值时对应的峰值串扰</font></td>
                </tr>
                <tr> 
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">f1（MHz） </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">20 </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">50</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">100</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">200</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">300</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">400</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">400</font></div>
                  </td>
                </tr>
                <tr> 
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">远端串扰峰值 （mV） </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">260.7</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">275.7</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">308.5</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">286.2</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">833.1 </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">1168.1 </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px"> 
                    <div align=center><font size="2">1171.7 </font></div>
                  </td>
                </tr>
                </tbody> 
              </table>
              <p><font size="2">　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表4<br>
                　　由仿真结果可见，随着干扰源信号频率的增加，被干扰对象上的串扰幅值也随之增加，当干扰源信号频率取值为100MHz以上时，峰值串扰增加得很快，而当其频率为300MHz以上时，被干扰对象上的串扰已经达到了无法容忍的程度。这说明被干扰对象上的串扰电压与干扰源信号的频率取值成正比，当干扰源频率大于100MHz时，必须采取必要的措施来抑制串扰。同时，由图17还可以看出，当干扰源频率大到一定程度时，如图中标记"4"箭头所指的波形，它对应的干扰源频率为500MHz，这时可以明显看出被干扰对象的近端C点的串扰已经大于其远端D点的串扰，这说明此时容性耦合已经超过感性耦合而成为主要的干扰因素，这种情况下不但要象通常一样关心远端串扰，而且需要谨慎处理经常容易被忽略的近端串扰。 
                <br>
                　　　　　<img height=341 src="image/highspeed37.gif" 
      width=556><br>
                　　由上面的分析仿真可知，干扰源频率的增加会导致串扰的增加，但这是否就意味着干扰源频率较低时，它对被干扰对象的串扰影响就较低呢？答案是否定的。因为存在着一项容易被忽视的对串扰影响极大的因素，它就是干扰源线网中驱动源的上升/下降时间，图18是对同一布线结构所作的仿真，不同的是图（a）和图（b）中使用了两个不同的干扰源。对于左边图（a）中的串扰仿真，干扰源采用的驱动源是早期工艺的器件，其上升时间为6ns左右，而右边图（b）中的串扰仿真则是基于一个具有0.5ns上升时间的驱动源进行的，图中标记"1"和标记"2"箭头所指分别为被干扰对象远端和近端的串扰波形。由图可见，对于上升时间不同的驱动源，被干扰对象的远端串扰峰值由图（a）中的不到0.5V上升到图（b）中的接近3V。在此例中，电路的布局布线结构及其它有关的物理参数都没有改变，而干扰源信号的频率不管取多么低的频率值，只要采用具有0.5ns上升时间的驱动源，被干扰对象都会有较大的串扰产生，图5.42的仿真结果都是基于干扰源频率f1=20MHz时作出的。由此可见，在数字电路中，除了信号频率对串扰有较大影响外，信号的上升/下降时间或边沿变化（上升沿和下降沿）对串扰的影响更大，边沿变化越快，串扰越大。由于在现代高速数字电路的设计中，具有快速上升时间的器件的应用越来越广泛，因此对于这类器件，即使其信号频率不高，在布线时也应认真对待以防止过大的串扰产生。</font> 
              </p>
              <p 
      align=center><img height=342 src="image/highspeed38.gif" 
      width=555><br>
                <font size="2">　</font></p>
              <p align=left><font size="2">　　（4）地平面对串扰的影响 <br>
                　　在当今高速系统的设计实现中，多层PCB板已经被广泛地用于电路的布局布线中，采用多层PCB板的最大优点是可以在有限面积的条件下，极大地提高布线资源，设计中使用的元器件在布局时即使摆放的很密，也可以通过多层信号走线来实现互连，从而使系统的小型化成为现实。多层PCB板一般都包括若干个信号层和若干个电源层，多个信号层和电源层的叠放顺序没有特殊规定，但通常是通过叠放顺序来构成标准的微带传输线和带状传输线。对于微带传输线和带状传输线来说，与之相邻的一般都有一个电源平面，相应信号层与电源层之间是用电介质填充的。我们知道，这个电介质层的厚度是影响传输线特性阻抗的重要因素，当它变厚时，传输线特性阻抗变大，当它变薄时，传输线特性阻抗变小。实际上，电介质层的厚度对串扰的影响也十分显著，这里对图13中的两线系统在布线时分别采用微带传输线（第一层）和带状传输线（第三层）两种布线结构进行了仿真，这两种情况除了使用不同的布线层以外，其它条件如两线平行长度、间距、信号频率等均不变。因为二者相邻的电源平面均有地平面，我们通过改变传输线信号层与地平面层之间电介质的厚度（第一层和第二层之间电介质层的厚度，第二层和第三层之间电介质层的厚度）来观察串扰的变化。仿真结果为电介质厚度取三个典型值3.6mils、7.2mils、14.4mils时相应微带传输线和带状传输线上的串扰。图19和图20分别为微带传输线和带状传输线上相对不同电介质层厚度的串扰波形，图中标记"1"、"2"、"3"箭头所指分别为电介质层厚度取14.4mils、7.2mils、3.6mils时相应的被干扰对象的近端串扰波形（图a）和远端串扰波形（图b）。表5给出了被干扰对象的远端峰值串扰。</font></p>
              <p align=center><font size="2"><img 
      height=338 src="image/highspeed39.gif" width=559> <br>
                </font></p>
              <table cellspacing=" " cellpadding=1 width="80%" align=center border=1>
                <tbody> 
                <tr> 
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" colspan=4><font size="2">表5 　　　　　　　　　　传输线离地平面的不同距离对应的远端峰值串扰</font></td>
                </tr>
                <tr> 
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="38%"> 
                    <div align=center><font size="2">传输线离地平面的距离 （mils）</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="32%"> 
                    <div align=center><font size="2">3.6</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="16%"> 
                    <div align=center><font size="2">7.2</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="14%"> 
                    <div align=center><font size="2">14.4 </font></div>
                  </td>
                </tr>
                <tr> 
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="38%"> 
                    <div align=center><font size="2">微带传输线</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="32%"> 
                    <div align=center><font size="2">39.9mV </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="16%"> 
                    <div align=center><font size="2">114.8mV </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="14%"> 
                    <div align=center><font size="2">257.9mV</font></div>
                  </td>
                </tr>
                <tr> 
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="38%"> 
                    <div align=center><font size="2">带状传输线</font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="32%"> 
                    <div align=center><font size="2">22mV </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="16%"> 
                    <div align=center><font size="2">57.9mV </font></div>
                  </td>
                  <td style="FONT-SIZE: 12px" width="14%"> 
                    <div align=center><font size="2">160.7mV</font></div>
                  </td>
                </tr>
                </tbody> 
              </table>
              <p 
      align=left><font size="2"><br>
                <br>
                　　由仿真结果可见，传输线与地平面的距离，即传输线与地平面之间的电介质层的厚度对串扰的影响很大，对于同一布线结构，当电介质层的厚度增大一倍时，串扰明显加大了，反之，当电介质层厚度减小时，串扰有明显减小。另外，由表5可以看出，对于同样的电介质层厚度，带状传输线的串扰要小于微带传输线的串扰，由此可知，地平面对不同结构的传输线的影响也是不同的。因此在高速电路布线时，如带状传输线的阻抗控制能够满足要求，那么使用带状传输线可以比使用微带传输线获得更好的串扰抑制效果。<br>
                　　<b>5.3、针对串扰的几点重要结论 </b><br>
                　　 通过以上分析与串扰仿真结果，这里总结出了一些关于串扰的重要结论，了解这些结论对于高速设计是非常重要的。 <br>
                　　 首先，串扰具有如下特性： </font></p>
              <ul>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>串扰是线间的信号耦合，在串扰存在的信号线中，干扰源常常也是被干扰对象，而被 干扰对象同时也是干扰源；</span> 
                  </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>串扰分为后向串扰和前向串扰两种，传输线上任意一点的串扰为二者之和。对于有着 理想的地平面的带状传输线，由于它对于感性耦合和容性耦合有着很好的平衡，因此感性耦合与容性耦合产生的电流大小相等、方向相反，从而使得前向串扰相互抵消，反向串扰相对加强。而对于非理想地平面或微带传输线，由于感性耦合的影响要大于容性耦合，从而使得前向串扰极性为负、幅值变大；</span> 
                  </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>串扰大小与线间距成反比，与线平行长度成正比；</span> </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>串扰随电路中负载的变化而变化，对于相同的拓扑结构和布线情况，负载越大，串扰 越大； </span> </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>串扰与信号频率成正比，在数字电路中，信号的边沿变化（上升沿和下降沿）对串扰 的影响最大，边沿变化越快，串扰越大；</span> 
                  </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span class=unnamed1>反向串扰在低阻抗驱动源处会向远端反射； 
                  </span> </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>对于多条平行线的情况，其中某一线上的串扰为其它各条线各自对其串扰的综合结 果，某些情况下，串扰可以对消；</span> 
                  </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span class=unnamed1>对于传输周期信号的信号线，串扰也是周期性的。 
                  其次，针对以上这些串扰的特性，可以归纳出几种减小串扰的主要方法：</span> </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>加大线间距，减小线平行长度，必要时可以以jog方式走线；</span> </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>高速信号线在满足条件的情况下，加入端接匹配可以减小或消除反射，从而减小串扰；</span> </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>对于微带传输线和带状传输线，将走线高度限制在高于地线平面10mil以内，可以显 著减小串扰； </span> 
                  </font>
                <li style="FONT-SIZE: 12px"><font size="2"><span 
        class=unnamed1>在布线空间允许的条件下，在串扰较严重的两条线之间插入一条地线，可以起到隔离 的作用，从而减小串</span>扰。 
                  </font></li>
              </ul>
              
            </td>
          </tr>
        </table>
        <!-- #EndEditable --></div>
      </td>
  </tr>
</table>
<table width="100%" border="0" cellspacing="2" cellpadding="0">
  <tr>
    <td bgcolor="#3366FF"><img src="../../image/BLANK.gif" width="100%" height="8"></td>
  </tr>
</table>
<table width="100%" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0">
  <tr> 
    <td> 
      <div align="center"><font size="2">Copyright　http://coolbor.myetang.com　　　All 
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    </td>
  </tr>
</table>
</body>
<!-- #EndTemplate --></html>