solution for highspeed system design.pdf

EMC Technology Ltd.
EMC Technology Ltd.
为高质量的电子产品设计
提供全套解决方案
艾姆克科技有限公司

Tel:010-62618228
Fax:010-62642776
地址:北京燕山大酒店公寓楼801-802室
艾姆克科技有限公司
高质量电子产品设计解决方案
•高频电路设计的质量控制及其解决方案
–集成电路技术的发展
•高集成度、高频率、多电压
•数字/模拟混合集成电路
–公司的要求
•产品上市时间、产品开发费用
•人才紧缺,用优秀的工具取代对人才苛刻的要求
–用户的要求
•功能增加、体积缩小
•导致布线密度增加,单位体积内散热的增加
–社会的要求
•电磁兼容:减少设备间、系统间的相互干扰;减少对人体的影响
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内容
•“高频电路”的定义
•传统设计方法及其问题
–传统设计方法
–信号完整性(SI)问题
–电磁干扰(EMI)问题
–电源完整性(PI)问题
–热辐射问题
•把产品质量控制在设计阶段
–布线前分析
–布线后分析
–样机测试
•产品介绍
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高频电路的定义
•在数字电路中,是否是“高频电路”,
–取决于信号的上升沿和下降沿,
–而不是信号的频率。
•主要谐波分量> 100MHz,就应该按照高频电路进
行考虑,下列情况必须按高频规则进行设计
–系统时钟频率超过50MHz
–采用了上升/下降时间少于10ns的器件
–数字/模拟混合电路
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高频电路的定义
•逻辑器件的上升/下降时间和布线长度限制
上升/下降主要谐波频谱分布最大传输线最大传输
时间 Tr 分量 F2=1/ Fmax=10* 距离(微带) 线距离(微
πTr F2 带线)
74HC 13-15ns 24MHz 240 MHz 117cm 91cm
74LS 34 MHz 340MHz
74H 4-6ns 80 MHz 800MHz 35 28
74S 3-4ns 106 MHz 27 21
74HCT 5-15ns 64 MHz 640MHz 45 34
74ALS 2-10ns 160 MHz 18 13
74FCT 2-5ns 160 MHz 18 13
74F 212 MHz
ECL12 212 MHz
K
ECL100 424 MHz 6 5
K

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传统的PCB设计方法
原理图传统的设计方法
设计和输入
布局、布线没有任何质量控制点
制作 PCB 每一步设计都是凭经验
功能、性能测试发现问题就必须从头开始
问题的查找非常困难
通过?
- 多层PCB
取证测试
(功能、性能、 EMC ) -BGA封装
通过? 影响产品上市时间
END 开发费用大
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产生干扰的最主要因素
•信号线上有电流,必然要有回路。
•电流环路中的电感可以当作单圈线圈,能使振荡、
串扰和辐射等问题更加恶化。
•AC返回信号可以在整个层上选择路径,它们选择
最小阻抗的路径。在多层板上,返回路径即为其最
近的地层/电源层。
•阻抗主要是电感。
•电流环路电感随环路的变大而增加。
•最大限度地减小环路的大小可以使出现问题的可能
性降到最低。
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反射问题
•传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分
传输到线上并达到负载处,但是有一部分被反射了。
•源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射,负载将
一部分电压反射回源端。布线的几何形状、不正确
的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续
等因素的变化均会导致此类反射。
•如果源端与负载端阻抗相同,反射就不会发生了。
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串扰问题
•串扰:两条信号线之间的耦合
–容性串扰
•当线路以一定的距离彼此靠近时,会出现这种情况。
•容性耦合引发耦合电流
–感性串扰
•不需要的变压器的原线圈和次级线圈之间的信号耦合
•感性耦合引发耦合电压。
– PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气
特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
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减少串扰的方法
•电容和