高速電路設(shè)計中信號完整性分析

串擾可以通過增加信號線間距解決。然而，PCB設(shè)計者通常受制于日益緊縮的布線空間和狹窄的信號線間距；由于在設(shè)計中沒有更多的選擇，從而不可避免的在設(shè)計中引入一些串擾問題。顯然，PCB設(shè)計者需要一定的管理串擾問題的能力。這些年出了許多可靠間距的相關(guān)規(guī)則。而一個通常業(yè)界認可的規(guī)則是3W 規(guī)則，即相鄰信號線間距至少應(yīng)為信號線寬度的3倍。然而，實際中可接受的信號線間距依賴于實際的應(yīng)用、工作環(huán)境及設(shè)計冗余等因素。信號線間距從一種情況轉(zhuǎn)變成另一種以及每次的計算。因此，當串擾問題不可避免時，就應(yīng)該對串擾定量化。這都可以通過計算機仿真技術(shù)表示。利用仿真器，設(shè)計者可以決定信號完整性效果和評估系統(tǒng)的串擾影響效果。

6、電源退耦

電源退耦是現(xiàn)在數(shù)字電路設(shè)計中標準慣例，在此提及將有助于減少電源線上噪聲問題。一個干凈的電源對設(shè)計一個高性能電路至關(guān)重要。迭加在電源上的高頻噪聲將會對相鄰的每個數(shù)字設(shè)備都會帶來問題。典型的噪聲來源于地彈、信號輻射或者數(shù)字器件自身。最簡單的解決電源噪聲方式是利用電容對地上的高頻噪聲退耦。理想的退耦電容為高頻噪聲提供了一條對地的低阻通路，從而清除了電源噪聲。依據(jù)實際應(yīng)用選擇退耦電容，大多數(shù)的設(shè)計者會選擇表貼電容在盡可能靠近電源引腳，而容值應(yīng)大到足夠為可預(yù)見的電源噪聲提供一條低阻對地通路。采用退耦電容通常會遇到的問題是不能將退耦電容簡單的當成電容。有以下幾種情況：

a、電容的封裝會導(dǎo)致寄生電感；

b、電容會帶來一些等效電阻；

c、在電源引腳和退耦電容間的導(dǎo)線會帶來一些等效電感；

d、在地引腳和地平面間的導(dǎo)線會帶來一些等效電感；由此而引發(fā)的效應(yīng)：

a、電容將會對特定的頻率引發(fā)共振效應(yīng)和由其產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)阻抗對相鄰頻段的信號造成更大的影響；

b、等效電阻（ESR）還將影響對高速噪聲退耦所形成的低阻通路；

以下總結(jié)了由此對一個數(shù)字設(shè)計者產(chǎn)生的效應(yīng)：

a、從器件上 Vcc 和GND引腳引出的引線需要被當作小的電感。因此建議在設(shè)計中盡可能使Vcc 和GND 的引線短而粗。

b、選擇低 ESR效應(yīng)的電容，這有助于提高對電源的退耦；

c、選擇小封裝電容器件將會減少封裝電感。改換更小封裝的器件將導(dǎo)致溫度特性的變化。因此在選擇一個小封裝電容后，需要調(diào)整設(shè)計中器件的布局。

在設(shè)計中，用Y5V 型號的電容替換X7R 型號的電容器件，可保證更小的封裝和更低的等效電感，但同時也會為保證高的溫度特性花費更多的器件成本。

在設(shè)計中還應(yīng)考慮用大容量電容對低頻噪聲的退耦。采用分離的電解電容和鉭電容可以很好的提高器件的性價比。

7、總結(jié)：

信號完整性是貫穿于高速數(shù)字電路設(shè)計中的最重要的問題之一；在此將列出幾點在數(shù)字電路設(shè)計中保證信號完整性的建議：

a、對靈敏元件實施對噪聲器件的物理隔離；

b、阻抗控制、反射和信號終端匹配；

c、用連續(xù)的電源和地平面層；

d、布線中盡量避免采用直角；

e、差分對布線長度相等；

f、高速電路設(shè)計中應(yīng)考慮串擾問題；

g、電源退耦問題；

很好了掌握以上提到的數(shù)字電路設(shè)計中的問題，可以幫助數(shù)字電路設(shè)計者能在電路設(shè)計的早期盡可能多地發(fā)現(xiàn)一些電路設(shè)計中潛在的問題。