详解PCB板设计高速系统的原则
[摘要]

如今,许多系统设计中最重要的因素就是速度问题。66MHz到200MHz处理器是很普通的;233-266MHz的处理器也变得轻易就可得到。对于高速度的要求主要来自: a) 要求系统在令用户感到舒适的、很短时间内就能完成复杂的任务。 b) 元件供应商有能力提供高度速的设备。

 

对a举例:即使产生最基本的计算机动画,也需要先计算大量的数据。目前,传播延迟4.5ns的可编程pld设备已经出现,像mach这样的传播延迟5ns的复杂plds也已经存在。尽管它们看起来已经很快了,但是,使发展有潜力的并不是这些传播延迟绝对值,而是传播延迟可能达到的边缘极值(edge rate)。将来会出现更快的设备,它们将具备更快的边缘极值。

 

设计高速系统并不仅仅需要高速元件,更需要天才和仔细的设计方案。设备模拟方面的重要性与数字方面是一样的。在高速系统中,噪声问题是一个最基本的考虑。高频会产生辐射进而产生干扰。边缘极值的速度可以产生振铃,反射以及串扰。如果不加抑制的话,这些噪声会严重损害系统的性能。

 

本文讲述了使用pcb-板设计高速系统的一般原则,包括:

电源分配系统及其对boardinghouse产生的影响

传输线极其相关设计准则

串扰(crosstalk)极其消除

电磁干扰(EMI)

 

1. 电源分配

设计高速系统板时需要考虑的重要问题就是电源分配网络。对一个无噪声系统来说,它必须有一个无噪声的电源分配网络。记住,如果想开发一个干净的VCC, 那么得到一个干净的地就是十分必要的。对AC这个目的来说(这将是本文的讨论重点),VCC就是基础地。

 

1.1 电源分配网络作为动力源 1.1.1阻抗的作用

让我们考虑一块5*5的板子,数字ICs,并有一个+5.0V的电源。我们的目的是给位于板子上每一个设备管脚提供正好是+5V的电压,不管这些设备管脚在板子上与电源的距离如何。再进一步,每个管脚上的电压应该是没有线噪声(Line noise)的。

 

具有这些性质的电源表现为一个理想电压源(图1a),它的阻抗为零。零阻抗可以保证负载与电压源恰好相等。它还意味着噪音信号将被吸收,因为噪音发生器有最小阻抗的极限。很不幸,这只是个理想条件。

 

图1b画出的是一个真正的电源,它有一定的以电阻,电感或者电容形式存在的阻抗。

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上传时间:2019/01/30