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PCBA方案设计
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PCB设计中信号完整性问题详解
18Sep
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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。


circuit board


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。

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