PCB设计工程师都要掌握的高速信号知识

周二, 9 三月 2021 - 11:26

高速信号目前已经成为了PCB设计的主流，作为一名PCB工程师，我们除了在实战项目设计中逐步积累高速信号工程经验外，也需要不断刷新自身的知识结构。本文给大家科普一些和高速信号布线相关的知识。

高速信号的分类

常见的高速信号以物理接口分类，包括：USB、RJ45、S-Video、VGA、DVI、HDMI、PCIe、PCI、SAS/SATA 等；

按照逻辑电平分类，包括：LVDS、CML、PECL等。

高速信号PCB设计流程

1、高速信号前仿真分析

根据硬件电路模块划分与结构初步布局，仿真评估关键高速信号质量是否过关，如果不过关则需要修改硬件模块架构甚至系统架构；仿真信号质量通过的情况下，给出电路板大体模块布局方案及高速信号拓扑结构与设计规则。

2、PCB布局设计

3、PCB布线设计

根据电路板实际布线的情况，如果与前仿真制定的设计规则有出入，则需要再次仿真分析高速信号质量是否满足要求，例如：电路板线路布线密度过高、实际设计的线宽比前仿真设计规则要小、可能造成高速信号线路损耗过大、接收端信号幅度不满足芯片输入要求而导致电路板功能无法实现。

高速信号PCB设计处理原则

通用的高速信号PCB设计处理原则如下：

（1）层面的选择：处理高速信号优先选择两边是GND的层面处理；

（2）处理时要优先考虑高速信号的总长；

（3）高速信号Via数量的限制：高速信号允许换一次层，换层时加GND VIA，如图

（4）如果高速信号在连接器有一端信号没有与GND相邻PIN时，设计时应加GND VIA如下图：

（5）高速信号在连接器内的走线要求：在连接器内走线要中心出线；

（6）高速信号应设置不耦合长度及本对信号的长度误差，在做长度误差时须考虑是否要加 PIN DELAY；

（7）高速信号处理时尽量收发走在不同层，如果空间有限，需收发同层时，应加大收发信号的距离；

（8）高速信号离12V要有180 MIL的间距要求，距离时钟信号65mil间距。

知识扩展

PCB设计工程师需要掌握的高速信号知识

（1）信号完整性基础知识

主要包括：传输线基本理论、阻抗控制原理、反射/串扰控制设计方法。

（2）电源完整性基础知识

主要包括：电源噪声基本理论、电路板滤波原理与设计方法。

（3）PCB 原材料基础知识

主要包括：电路板铜箔、板材的电气特性。

（4）信号拓扑结构知识

主要包括：常见的总线类型及 PCB 设计拓扑结构。

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