如前幾篇博客中所述，“高速PCB”在我們的行業(yè)中幾乎無(wú)處不在。而且，正如所引用的，我們總是說(shuō)，無(wú)論最終產(chǎn)品或?qū)嵤┓桨溉绾?，憑借其中的IC技術(shù)，每個(gè)PCB都是高速的。幾年前，我們開(kāi)始說(shuō)重要的是元件的邊緣速率，或者更具體地說(shuō)，元件邊緣和電路板之間的互連。這實(shí)際上就是我們?nèi)绾握业轿覀兊臉I(yè)務(wù)名稱(chēng)Speeding Edge。它是PCB上元件互連所表現(xiàn)出的“前沿”和“高速邊緣速率”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)的融合。

值得重新審視“高速”一詞的演變意味著什么。多年來(lái)它是如何變化的。本文將討論高速PCB的歷史，當(dāng)我們說(shuō)PCB器件是高速時(shí)我們的真正含義以及一些不適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于高速PCB設(shè)計(jì)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)法則。還將討論有關(guān)高速設(shè)計(jì)原理信息的寶貴資源。

高速PCB的誕生與發(fā)展

高速PCB實(shí)際上已存在很長(zhǎng)時(shí)間時(shí)間可以追溯到由IBM和Cray等公司設(shè)計(jì)和制造的大型計(jì)算機(jī)。但相對(duì)于PCB行業(yè)的其他部分而言，這是一個(gè)相當(dāng)孤立的利基市場(chǎng)。對(duì)于世界其他地區(qū)而言，高速成為80年代早期關(guān)注的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)TTL足夠快，路徑變長(zhǎng)。這就是我們?nèi)绾卧?a target="_blank">信號(hào)完整性方面定義高速度;當(dāng)信號(hào)路徑相對(duì)于上升時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，PCB是高速的，當(dāng)信號(hào)從開(kāi)放端反射并導(dǎo)致問(wèn)題時(shí)，路徑變長(zhǎng)。

在精確數(shù)學(xué)方面，如果上升時(shí)間是一個(gè)納秒，每個(gè)3“或更長(zhǎng)的路徑都會(huì)因?yàn)榉瓷涠?。注意?“= 7.5厘米，6”= 15厘米。通過(guò)找出路徑的速度，將上升時(shí)間轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度。在PCB中，這相當(dāng)于每納秒6“。這是起點(diǎn)。并且，發(fā)生的頻率或時(shí)鐘頻率對(duì)決定沒(méi)有影響。

正如Speeding Edge總裁兼創(chuàng)始人Lee Ritchey所說(shuō)：“我看到設(shè)計(jì)失敗了在“上電”復(fù)位線上。打開(kāi)電源時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況。人們會(huì)認(rèn)為這是非關(guān)鍵性的，因?yàn)樗⒉唤?jīng)常發(fā)生。世界有這種基于時(shí)鐘頻率快速判斷的習(xí)慣，這就是他們遇到麻煩的地方。 “

作為一個(gè)例子，幾年前我們麻煩了一個(gè)失敗的脈搏血氧儀。設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的公司確定該產(chǎn)品“慢”，因?yàn)樗哂?MHz的時(shí)鐘。但它不起作用，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的內(nèi)存部分上升時(shí)間為350皮秒。

那么我們現(xiàn)在在哪里？我們從美光科技公司看到的最后一個(gè)存儲(chǔ)器組件數(shù)據(jù)表明，慢速邊緣為100皮秒，標(biāo)稱(chēng)邊緣為50皮秒。沒(méi)有指定快速邊緣。如果我們以納秒開(kāi)始，則慢邊緣是1/10，這意味著對(duì)于慢邊緣，長(zhǎng)度為3/10英寸的路徑可能會(huì)出現(xiàn)反射失敗。在這種情況下，沒(méi)有產(chǎn)品在時(shí)鐘頻率下也不會(huì)很快。

當(dāng)他們認(rèn)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)師因?yàn)樗麄兊淖罱K產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)不是“快”時(shí)，他們?nèi)匀挥龅铰闊?，這意味著產(chǎn)品速度不高。而且，人們往往會(huì)犯錯(cuò)誤的地方有五個(gè)。其中包括：

不遵循信號(hào)完整性規(guī)則。這包括不控制阻抗，不使用適當(dāng)?shù)慕K端并使用應(yīng)用筆記作為設(shè)計(jì)指南。失敗設(shè)計(jì)的許多借口都以“我遵循應(yīng)用說(shuō)明，產(chǎn)品不起作用”開(kāi)頭。（許多應(yīng)用筆記不包含有效的信號(hào)完整性建議。）

有很多技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)意來(lái)自那些不了解技術(shù)

規(guī)則的人。在過(guò)去的30年里，有許多產(chǎn)品創(chuàng)意源于計(jì)算機(jī)科學(xué)工程師，他們沒(méi)有接受任何信號(hào)完整性培訓(xùn)。

抓住一堆規(guī)則 - 但是，如前幾篇文章中所述，在高速設(shè)計(jì)中，最大和最大的一部分，并將它們應(yīng)用于設(shè)計(jì)過(guò)程而不了解事情是如何運(yùn)作的。

今天的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)功能正常的PDS。

糟糕的規(guī)則

當(dāng)涉及到高速設(shè)計(jì)考慮時(shí)，一些最大的問(wèn)題源于使用沒(méi)有良好工程實(shí)踐基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)法則。與高速PCB設(shè)計(jì)相關(guān)的三個(gè)最常見(jiàn)的是：

20H規(guī)則

3W規(guī)則

拼接過(guò)孔規(guī)則

20H規(guī)則

20H規(guī)則是一個(gè)一組起源于90年代初期的十幾條規(guī)則。該規(guī)則聲稱(chēng)，如果您將Vdd從地平面凹陷的距離為分離的20倍或“H”（代表兩個(gè)平面之間的高度），則會(huì)降低EMI。這個(gè)規(guī)則在兩個(gè)不同的大學(xué)由構(gòu)建測(cè)試板的學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，以辨別規(guī)則的驗(yàn)證。一個(gè)測(cè)試板使用Vdd構(gòu)建，地平面是齊平的，而另一個(gè)是使用20H規(guī)則構(gòu)建的。用RF發(fā)生器激勵(lì)平面對(duì)，并用近場(chǎng)探頭檢查以確定是否有任何EMI從邊緣逸出。所學(xué)到的第一件事是，逃逸的輻射量非常小，不會(huì)引起EMI問(wèn)題。此外，當(dāng)施加20H規(guī)則而Vdd和地平面是齊平時(shí)，確實(shí)逃逸的小輻射更糟。有關(guān)這些測(cè)試的論文是本文末尾的參考文獻(xiàn)2和3。

3W規(guī)則

此規(guī)則基于另一個(gè)任意決定，指出為了控制在同一層上路由的并行跟蹤之間的串?dāng)_，跟蹤之間的最小間距應(yīng)保留3W的中心。要記住的是串?dāng)_不是跡線寬度的函數(shù)。相反，它是信號(hào)線或平行移動(dòng)的軌跡之間不需要的相互作用（也稱(chēng)為耦合），它是兩件事的函數(shù)：

這兩者之間有多遠(yuǎn)邊緣？

最近平面上方的跡線有多高？

確定這兩個(gè)因素的唯一方法是通過(guò)使用模擬器。這是一個(gè)非常直接的分析，需要大約兩分鐘才能完成。但是，重要的是要注意，除非您知道受害線在耦合噪聲方面能夠承受多少，否則您無(wú)法開(kāi)始分析過(guò)程。

拼接過(guò)孔

正如我在關(guān)于保護(hù)痕跡（Guard Traces：Hit或Myth？）的博客中所指出的，據(jù)稱(chēng)縫合過(guò)孔控制串?dāng)_并且是電磁場(chǎng)的屏障。通過(guò)在兩條其他跡線之間放置一條保護(hù)線，然后定期將一條通孔從跡線放到下面的地平面來(lái)實(shí)現(xiàn)拼接過(guò)孔。事實(shí)是，如果為了產(chǎn)品的運(yùn)行需要使用拼接過(guò)孔，那么今天的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品 - 服務(wù)器，橋接器和路由器都不能制造出來(lái)。在機(jī)械方面，根本沒(méi)有足夠的空間來(lái)分隔這些產(chǎn)品中的數(shù)千條痕跡。

正如Lee Ritchey所說(shuō)，“我發(fā)現(xiàn)每一條有效的規(guī)則都有一個(gè)直截了當(dāng)?shù)淖C據(jù)。如果引用該規(guī)則的人不能提供證據(jù)，你就不應(yīng)該使用它?！?/p>

那種正確的信息

其中一個(gè)挑戰(zhàn)我們?cè)谛袠I(yè)中面臨的是各種公共領(lǐng)域（貿(mào)易出版物，互聯(lián)網(wǎng)，“所謂的”專(zhuān)家的書(shū)籍）中流傳的大量不良信息。真正的挑戰(zhàn)是，在這些信息資源中，有時(shí)最終會(huì)有大量信息是正確的，但卻與非信息資源配對(duì)。困難在于辨別您可以信任的信息和您不能信任的信息。

有兩個(gè)非常好的信息論壇可用，其中包含有效的設(shè)計(jì)規(guī)則：IEEE論壇數(shù)據(jù)庫(kù)和SI-LIST反射器。 SI-List于1994年啟動(dòng)，其中30名成員包括章程電子郵件列表。通過(guò)它，工程師可以發(fā)布問(wèn)題，回答問(wèn)題，參與辯論或聽(tīng)取“喋喋不休”。

IEEE提供對(duì)出版物，會(huì)議，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及專(zhuān)業(yè)和教育活動(dòng)的訪問(wèn)，以促進(jìn)工程學(xué)科的進(jìn)步?？梢宰鳛楣こ虒?zhuān)業(yè)人員或?qū)W生加入IEEE。

憑借其中的技術(shù)，今天設(shè)計(jì)的每一塊PCB都是高速的。了解高速是什么以及哪些信息構(gòu)成有效的高速設(shè)計(jì)方法將確保您創(chuàng)建的產(chǎn)品能夠在第一時(shí)間正常工作。

參考文獻(xiàn)

Ritchey，Lee W.和Zasio，John J.，“正確的第一次，關(guān)于高速PCB和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)用手冊(cè)，第1卷和第2卷?！?/p>

“20-H規(guī)則和屏蔽過(guò)孔對(duì)印刷電路板電磁輻射的影響”，IEEE學(xué)生會(huì)員Huabo Chen和IEEE部門(mén)高級(jí)會(huì)員Jiayuan Fang