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​高速PCB为什么会产生信号完整性问题?

2023-04-14 09:48
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随着IC输出开关信号的速度和电路工作频率的提高,无论信号周期如何,几乎所有高速系统设计都会遇见信号完整性问题,这也让很多人困惑,为什么高速PCB会产生信号完整性问题?下面来讲讲:

一般来说,信号完整性(SI)是指信号沿导线传输后的质量,在告诉系统中,一段导线不仅是导体,也成为具有分布参数的传输线,能否处理好系统的信号互连(PCB布线)解决SI问题,是系统设计成功的关键。同时,信号完整性也是解决电源完整性、电磁兼容与电磁干扰的基础和前提。

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而SI问题是由下列因素引起的:

1、高密度、深亚微米芯片的大量使用

PCB板级互连信号达到吉比特量级,是信号上升/下降时间大幅降低,这使得PCB设计中的SI问题凸显出来,而这些问题靠以往的设计经验是无法解决。

2、高速通信系统的信号互连太过复杂

高速通信系统的信号互连太过复杂,密度大,ASIC芯片管脚数高达上千个,同步切换噪声、封装寄生效应、信号反射与串扰、多电源之间的干扰、数模混合信号之间的干扰等,这些问题使得表面上可行的系统设计无法正常工作。

3、低速信号也会产生SI问题

即使是几兆的低速信号也会产生信号完整性问题,它与信号源、负载、互连拓扑结构等均有关系。

4、其他

在数字电路分析中,若信号上升时间Tr小于4倍传输延时Tpd,也会产生SI问题。

从广义上讲,SI问题主要表现在延迟、反射、振荡、串扰、同步切换噪声和电磁兼容性,一般认为当系统工作在50MHz时将产生SI问题,而随着系统和器件频率的不断上升,SI问题也就愈发突出,元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起SI问题,导致系统工作不稳定,甚至无法正常工作。

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