PCB设计中信号完整性问题详解

PCB设计中信号完整性问题详解

信号传输并非严格针对网络设计人员，您的 PCB 设计可能会遇到同类问题。 因为您不必拨弄耳朵，所以防止电源完整性和信号完整性问题对于您的 PCB 设计顺利且无静电至关重要。

HDMI 还是复合？ 了解信号完整性问题中的信号

无论是有线智能平板电视还是等离子电视、卫星电视、Netflix、Hulu、Amazon 或 YouTube，接收信号的方式有很多种，因此您可以随心所欲地观看电视。 同样，大多数 PCB 在传统设计和高速设计中都会包含多种信号类型。 他们之中有一些是：

功率信号：根据复杂程度，您可能有几种不同级别的功率信号。 例如，大多数处理器需要 3-5 V 范围内的信号，而放大器可能需要 15 V 范围内的偏置电压。

数据信号：数据可以是模拟的或数字的。对于模拟量，典型范围为+/- 10V。 对于数字信号，范围可能是 0-5V 或 +/5V，具体取决于信号格式。

控制信号：通常用于开启或关闭设备，一般为0-5V信号。

通信信号：这些信号的信号强度可能低至微伏。 这些通常是 RF，频率可能会在很宽的范围内变化。 电路板制造商解释说，防止电源完整性和信号完整性对于您的 PCB 设计平稳且无静电至关重要。

除了信号强度，频率也是模拟信号 PCB 设计中的重要考虑因素。 这在高频通信设备的 PCB 中尤为重要。

输出尺寸和接线注意事项：多宽

对于非常简单的 PCB 设计，您通常可以避免设计路线以适应极端电流和电压。 例如，可以在整个过程中使用单一布线宽度来处理最大容量。 尽管这种情况远非最佳实践，但您的电路板在这些情况下可能会正常工作。 如果您像我一样，我们希望通过尽可能小和多功能来优化我们的电路板。

对于这些比较复杂的PCB设计，必须特别小心，布线并不是那么简单。 我们需要设计与它们携带的信号相匹配的路线。

确保声音已静音

旧电视信号传输中的噪音让您试图隔着雪地观看自己喜欢的节目。 如今，信号完整性问题（例如嘈杂的传输线）可能会导致混乱甚至根本没有信号。 PCB 设计中的噪声有很多来源。 例如开关IC管脚状态引起的干扰、振荡器等辐射器件对附近布线的干扰、同一布线上的多个频率信号等来源。

从大多数复杂的 PCB 设计中完全消除噪声几乎是不可能的。 但是，有一些方法可以最大限度地减少噪音。 消除噪声的最佳资产是组件的放置。 所有分量辐射都取决于频率，频率越高（信号变化），与光源的距离越短。 因此，处理相同信号的组件应远离其他组件放置。 将组件放置在信号产生和终止的地方。您也可以尝试实现去耦电容器或旁路电容器。 如果可能，应将它们直接系在地面上并且尺寸合适。 请注意，任何电感都将与电容器组合以建立滤波电路。

一转：差动传输

只要有可能，就可以通过使用差分电路来改善信号完整性。 大多数 IC 设计人员都试图实现这一目标。 然而，有时差分对可能被路由到彼此不相邻的引脚。 从PCB设计的角度来看，我们应该进行以下操作：

• 将差分对布线在一起;

• 尽可能使用相同的走线宽度和长度;

• 在同一信号平面或同一楼层布线。

接地层简化了信号完整性

地平面可以为多个电路提供中心层参考，可以显着减少引脚连接和布线数量，更不用说简化复杂PCB的外观布局。 在设计 PCB 时，以下技术可以最大限度地减少与地平面相关的问题：

确保从电源平面到地平面没有直接路径（这看起来很容易，但对于复杂的设计，你可以忽略它，直到你开始煎炸）。

• 不要在接地层中插入间隙;

• 在接地层/电源层之间运行时钟信号（或其他关键信号);

• 使用同一层上的同一环路（地平面）路由信号;

• 对于具有多个接地平面的电路板，将它们连接在每个平面的同一点上;

• 对于带有机箱连接的电路板，确保所有接地层都连接在一起。

当我四处移动旧电视的天线以获得我想要的频道时，总会有一些疯狂的方法：向左摆动，然后向右摆动，然后慢慢地来回移动，直到找到合适的位置。 最好的清晰度。 幸运的是，在PCB设计中，对于信号完整性问题显然有更具体的信号处理方法。 通过做出最佳布线决策、采用降噪策略、尽可能使用差分对以及使用良好的接地层，您将显着提高保持信号完整性的机会。

---- 电路板制造商解释说，防止电源完整性和信号完整性对于您的 PCB 设计平稳且无静电至关重要。