高速PCB信号完敕性设计及制造简述唐玉坤文泽生李长生（深圳市深联电路有限公司广东深圳518104）摘要:随着信息高速化的发展PCB信号完整性设计及制造变得越来越重要。PCB信号完整性,问题主要由信号反射串扰、地弹电源反弹等引起，文章在理论上简要的一一介绍了它们这对建立信号完蔡性的全面知识结构很有帮助接着对常见的信号完報性设计进行了分析，并指出仿真以成为信号完整性设计必然选择。最后文章对实际生产制造时需要注意的关键控制点进行了说明关键词高速PCB；信号完整性；生产控制中图分类号・T»1,TN41文献标识码A文章编号•1009-0096201212-0021-041前言传统的PCB人们主要关注的是金属导线的通、断、短路、绝缘等问题，但随着人们对电了产品高性能的追求，信号传输频率变得很高信号前沿上升（后沿下降）变得很陡，PCB信号完整性设计变得越來越重耍。作为一个快递发展的PCB生产企业，我们公司木看客户意图为客户设计提供可靠建议在信号完祭性方面做了一定的理论研究和深厚的生产经验积累木文主要是介绍了信号完整性基木理论以及生产高速PCB的控制要点。2信号完整性基本理论2.1高速信号高速信号有两方面的定义:一是指信号频率，一般超过50MHZ;-是指信号前沿上升或后沿下降速率快木质上是信号边沿的上升或下降递率快引起的高速PCB信号完粥性问题。如果信号上升或下降变化速率快，即使是T作频率不是很高也应该算是高速信号。当然当信号频率高其信号上升时间Tr,肯定小,即信号上升或下降速率快。通常约定，如男信号在传输线中延时超过1/4信号上升时间"，则认为该信号为高速信号，需要考虑传输线效应。图1是理想波形下信号上升时间和周期的标注图，Ti•为信号上升时间T为信号周期。图1理想波形下信号的T与Tr示意图2.2传输线、微带线与带状线、趋肤效应在低速或信号前示沿变化缓慢的PCB设计中可以把导线看成退理想的，备点Z间,信号传输是瞬时的。然而在设计高速PCB时必须考虑信号在导线上的传输时间，这就是传输线效应，导线用分布参数模型来描述，如图2。信号以电磁波的速度在传输线上传播，到达信号接收端需要的时间与信号上升（下降）的时间相比已不能忽略，这是传输线的基木特征。图2传输线模型微带线与带状线由于阻抗可控，且有利于电磁干扰的屏蔽，所以在高速信号传输中经常用到它们。微带线与带状线相比，微带线特征阻抗较高但不易控制，信号传播速度较快但抗干扰能力较差。现在有很多软件都可以算出他们的特征阻抗，也可以肓接用它们的公式算出图3为微带线与带状线模型。图3微带线与带状线趋肤效应是指导体中的交流电流,靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。趋肤效应是由于在高频电流下导体中感应出电流环流造成的现彖。只考虑趋肤效应和介质两种因素造成的传输损耗时；当频率小于1GHz时趋肤效丿应起主导作用，当频率大于1GHz时介质损耗起主导作用（3］。2.3信号反射如图4,Vi为信号电压，Zi为信号源内阻，Zo为传输线特性阻抗，Zt为输出端负载阻抗。如果Zo=Zt,那么信号能量完全的被负载吸收。如果不相等就会发生信号反射反射系数为P=（Zt-Zo）/（Zt+Zo）o减少反射可以采用源端阻抗匹配和终端阻抗匹配两种方法.图4的模型是把传输当成加抗均匀一致的理想传输线，由于PCB制造丁■作业以及过孔等的影响，阻抗均匀一致是不可能的.图5相邻信号的串扰模型2.4信号串扰没有2.5电源完整性从广义上说，电源完整性（PI）是属于信号完報性（SI）研究范畴Z内的，信号完整性研究必须考虑电源完整性。电源完整性主要是讨论电源供给的稳定性问题，但由于地在实际系统中总是和电源密不可分，所以通常把如何减少地弹反射也作为电源完整性中的内容进行讨论。低速信号时，一般通过电源总线和接地总线为PCB上各个元器件提供电源。高速信号时这种方法有很大弊端，比如总线上的阻抗很大，会产生很大的地弹和电源反弹电源反弹和地弹还包括器件封装电感、电容引起的高速信号时，大多采用整块铜面为电源平面、地平血这样能提供清洁电力，另外还能为高速信号提供良好的返冋路径、避免过最的电磁辐射当然采用整块铜面也不能认为电源、地平面电压是恒定的,，图6是电源平面和地平面的分析模...