PCB规则的详细解释

1、PCB规则的详细解释1接地平面的作用接地平面起到公共基准电压的作用，提供屏蔽，能够散热和减小寄生 电感（但它也会增加寄生电容）的功能。2什么缘故要在理想情形下，PCB有一层应该专门用作接地平面？ 如此当整个平面不被破坏时才会产生最好的结果。千万不要挪用 此专用层中接地平面的区域用于连接其它信号。由于接地平面能够排除导 体和接地平面之间的磁场，因此能够减小印制线电感。如果破坏接地平面 的某个区域，会给接地平面上面或下面的印制线引入意想不到的寄生电感。 因为接地平面通常具有专门大的表面积和横截面积，因此使接地平面的电 阻保持最小值。在低频段，电流会选择电阻最小的路径，然而在高频段， 电流会选择阻抗

2、最小的路径。然而也有例外，有时候小的接地平面会更好。如果将接地平面从输 入或者输出焊盘下挪开，高速运算放大器会更好地工作。因为在输入端的 接地平面引入的寄生电容，增加了运算放大器的输入电容，减小了相位裕 量，从而造成不稳固性。正如在寄生效应一节的讨论中所看到的，运算放 大器输入端1 pF的电容能引起专门明显的尖脉冲。输出端的容性负载一 包括寄生的容性负载一一造成了反馈环路中的极点。这会降低相位裕量并 造成电路变得不稳固。3什么缘故模拟电路和数字电路一包括各自的地和接地平面一应该分 开。模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而 在数字地上引起的噪声就会专门大，而模拟信号是需要

3、一个洁净的地参考 工作的。如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会阻碍到模拟信号快速的上升沿会造成电流毛刺流入接地平面。这些快速的电流毛刺引 起的噪声会破坏模拟性能。模拟地和数字地（以及电源）应该被连接到一 个共用的接地点以便降低循环流淌的数字和模拟接地电流和噪声。二信号的完整性（SI）信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性 是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性 不是由某一因素导致的，而是由板级设计中多种因素共同引起的。专门是 在高速电路中，所使用的芯片的切换速度过快、端接元件布设不合理、电 路的互联不合理等都会引起信号的完整性咨询题。具体要紧包括

4、串扰、反 射、过冲与下冲、振荡、信号延迟等。二 关于串扰(crosstalk):1串扰的概念串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线 产生的不期望的电压噪声干扰。过大的串扰可能引起电路的误触发，导致 系统无法正常工作。串扰是由电磁耦合形成的，耦合分为容性耦合和感性耦合两种。容性 耦合是由于干扰源(Aggressor)上的电压变化在被干扰对象(Victim)上引 起感应电流从而导致的电磁干扰，而感性耦合则是由于干扰源上的电流变 化产生的磁场在被干扰对象上引起感应电压从而导致的电磁干扰。因此， 信号在通过一导体时会在相邻的导体上引起两类不同的噪声信号：容性耦 合信号与感性耦合信号。

5、2串扰的特性串扰是线间的信号耦合，在串扰存在的信号线中，干扰源常常也是 被干扰对象，而被干扰对象同时也是干扰源；串扰分为后向串扰和前向串扰两种，传输线上任意一点的串扰为二 者之和。关于有着理想的地平面的带状传输线，由于它关于感性耦合和容 性耦合有着专门好的平稳，因此感性耦合与容性耦合产生的电流大小相等、 方向相反，从而使得前向串扰相互抵消，反向串扰相对加大。而关于非理 想地平面或微带传输线，由于感性耦合的阻碍要大于容性耦合，从而使得 前向串扰极性为负幅值大；串扰大小与线间距成反比，与线平行长度成正比；串扰随电路中负载的变化而变化，关于相同的拓扑结构和布线情形， 负载越大，串扰越大；串扰与信号频

6、率成正比，在数字电路中，信号的边沿变化(上升沿和 下降沿)对串扰的阻碍最大，边沿变化越快，串扰越大；反向串扰在低阻抗驱动源处会向远端反射；关于多条平行线的情形，其中某一线上的串扰为其它各条线各自对 其串扰的综合结果，某些情形下，串扰能够对消；关于传输周期信号的信 号线，串扰也是周期性的。3减小串扰的要紧方法加大线间距，减小线平行长度，必要时能够以 jog方式走线； 高速信号线在满足条件的情形下，加入端接匹配能够减小或排除 反射，从而减小串扰；关于微带传输线和带状传输线，将走线高度限制在高于地线平面1 0mil以内，能够明显减小串扰；在布线空间承诺的条件下，在串扰较严峻的两条线之间插入一条地线，

7、 能够起到隔离的作用，从而减小串扰。四反射(reflection)反射和我们所熟悉的光通过不连续的介质时都会有部分能量反射回来 一样，确实是信号在传输线上的回波现象。现在信号功率没有全部传输到 负载处，有一部分被反射回来了。在高速的PCB中导线必须等效为传输线， 按照传输线理论，如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就可不能发生 了。如果二者阻抗不匹配就会引起反射，负载会将一部分电压反射回源端。 按照负载阻抗和源阻抗的关系大小不同，反射电压可能为正，也可能为负。 如果反射信号专门强，叠加在原信号上，专门可能改变逻辑状态，导致接 收数据错误。如果在时钟信号上可能引起时钟沿不单调，进而引起误触发。

8、一样布线的几何形状、不正确的线端接、通过连接器的传输及电源平面的 不连续等因素均会导致此类反射。另外常有一个输出多个接收，这时不同的布线策略产生的反射对每个接收端的阻碍也不相同，因此布线策略也是 阻碍反射的一个不可忽视的因素。五过冲(overshoot淤口下冲(undershoot)过冲是由于电路切换速度过快以及上面提到的反射所引起的信号跳 变，也确实是信号第一个峰值超过了峰值或谷值的设定电压。下冲是指下 一个谷值或峰值。过分的过冲能够引起爱护二极管工作，导致过早地失效， 严峻的还会损坏器件。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误。它们能 够通过增加适当端接予以减少或排除。六振铃(ringing

9、)振荡的现象是反复显现过冲和下冲。信号的振铃由传输线上过度的电 感和电容引起的接收端与传输线和源端的阻抗不匹配而产生的，通常发生 在逻辑电平门限邻近，多次跨过逻辑电平门限会导致逻辑功能紊乱。振铃 由反射等多种因素引起的，振铃能够通过适当的端接或是改变PCB参数予以减小，然而不可能完全排除。七信号延迟(delay)电路中只能按照规定的时序接收数据，过长的信号延迟可能导致时 序和功能的纷乱，在低速的系统中可不能有咨询题，然而信号边缘速率加 快，时钟速率提升，信号在器件之间的传输时刻以及同步时刻就会缩短。 驱动过载、走线过长都会引起延时。必须在越来越短的时刻预算中要容和 电感都会对信号的数字切换产生

10、延迟，加上反射引起的振荡回绕，使得数 据信号不能满满足所有门延时，包括建立时刻，保持时刻，线延迟和偏斜。由于传输线上的等效电足接收端器件正确接收所需要的时刻，从而导致接 收错误。八端接电阻匹配方式匹配阻抗的端接有多种方式，包括并联终端匹配，串联终端匹配，戴 维南终端匹配，AC终端匹配，肖特基二极管终端匹配。1并联终端匹配并联终端匹配是最简单的终端匹配技术：通过一个电阻R将传输线的末端接到地或者接到VCC上。电阻R的值必须同传输线的特点阻抗 Z0匹配，以排除信号的反射。如果R同传输线的特点阻抗Z0匹配，不论匹配电 压的值如何，终端匹配电阻将吸取形成信号反射的能量。终端匹配到VCC能够提升驱动器的

11、源的驱动能力，而终端匹配到地则能够提升电流的吸取 能力。并联终端匹配技术突出的优点确实是这种类型终端匹配技术的设计和 应用简便易行,在这种终即匹配技术中仅需要一个额夕卜的.器件八这种技 术的嚣翥在于.端匹配电阻与喊价私好消耗?另外并救终端吧（技术 也会使*号的逻辑高输出亳字的情3退":将 TTL输出终端危靖到地会降 低VOH的电平值，从而降1 氐了接收器输入端对噪声的免疫能力。弁践婚端匹配2串联终端匹配串联终端匹配技术，也称之为后端终端匹配技术，不同于其它类型的 终端匹配技术，是源端的终端匹配技术。串联终端匹配技术是在驱动器输 出端和信号线之间串联一个电阻。驱动器输出阻抗R0以及电阻

12、R值的和必 须同信号线的特点阻抗Z0匹配。关于这种类型的终端匹配技术，由于信号 会在传输线、串联匹配电阻以及驱动器的阻抗之间实现信号电压的分配， 因而加在信号线上的电压实际只有一半的信号电压。而在接收端，由于信号线阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情形下， 接收器的输入阻抗更高，因而会导致大约同样幅度值信号的反射，称之为 附加的信号波形。因而接收器会赶忙看到全部的信号电压（附加信号和反 射信号之和），而附加的信号电压会向驱动端传递。然而可不能显现进一步 的信号反射，这是因为串联的匹配电阻在接收器端实现了反射信号的终端 匹配。串联终端匹配技术的优点是这种匹配技术仅仅为系统中的每一个驱动 器增加一个电

13、阻元件，而且有关于其它的电阻类型终端匹配技术来讲，串 联终端匹配技术中匹配电阻的功耗是最小的，而且串联终端匹配技术可不 能给驱动器增加任何额外的直流负载，也可不能在信号线与地之间引入额 外的阻抗。由于许多的驱动器差不多上非线性的驱动器，驱动器的输出阻抗随着器件逻辑状态的变化而变化，从而导致串联匹配电阻的合理选择更加复杂。初盘E个简?Zo适的霸端负载端1 1串联终端匹配3戴维南终端匹配戴维南终端匹配技术或者也叫做双电阻终端匹配技术，采纳两个电阻 来实现终端匹配，R1和R2的并联组合要求同信号线的特点阻抗 Z0匹配。 R1的作用是关心驱动器更加容易地到达逻辑高状态，这通过从VCC向负载注入电流来实

14、现。与此相类似，R2的作用是关心驱动器更加容易地到达 逻辑低状态，这通过R2向地开释电流来实现。戴维南终端匹配技术的优势在于在这种匹配方式下，终端匹配电阻同 时还作为上拉电阻和下拉电阻来使用，因而提升了系统的噪声容限。戴维 南终端匹配技术同样通过向负载提供额外的电流从而有效地减轻了驱动器 的负担，另外这种终端匹配技术还能够有效地抑制信号过冲。戴维南终端匹配的一个缺点确实是不管逻辑状态是高依旧低，在VCC到地之间都会有一个常量的直流电流存在，因而会导致终端匹配电阻中有 静态的直流功耗。这种终端匹配技术同样也要求两个匹配电阻之间存在一 定的比例关系,同时也存在额外的到电源和地的线路连接。负载电容和

15、电 阻（晶品R1和R2的并味也答沏会对信号的上升时刻产生阻碍，提升驱动 器的输出电压。戴继而绛端匹配 "4 AC终端匹配AC终端匹配技术也称之为 RC终端匹配技术，由一个电阻R和一个电 容C组成，电阻R和电容C连接在传输线的负载一端。电阻R的值必须同 传输线的特点阻抗Z0的值匹配才能排除信号的反射，电容值的选择却十分 复杂，这是因为电容值太小会导致 RC时刻常数过小，如此一来该RC电路就类型于一个尖锐信号沿发生器，从而引入信号的过冲与下冲，另一方面，较大的电容值会带来更大的功率消耗。 通常情形下，要确保RC时刻常数大 于该传输线负载延时的两倍。终端匹配元器件上的功率消耗是频率、信号

16、占空比、以及过去数据位模式的函数。所有这些因素都将阻碍终端匹配电 容的充电和放电特性，从而阻碍功率消耗。AC终端匹配技术的优势在于终端匹配电容阻隔了直流通路，因此 节约了可观的功率消耗，同时恰当地选取匹配电容的值，能够确保负载端 的信号波形接近理想的方波，同时信号的过冲与下冲又都专门小。位串数据会导致信口电容充电到驱动器的最高输出电平值。然后,AC终端匹配技术的一个缺点是信号线上的数据可能显现时刻上的抖 动，这要紧取决于在此之前的数据位模式。举例来讲，一个较长的类似的如果紧接着的是-卜相位相反的缪g位就需要花比正常情形更长的时刻来 一弊睁M负网 确保信号跨过接收器逻辑阈值电平，这是因为接收器端

17、的电压起自一个专门高的电位。 '其终端匹配5肖特基二极管终端匹配肖特基二极管终端匹配技术也称之为二极管终端匹配技术，由两个肖 特基二极管组成。传输线末端任何的信号反射，如果导致接收器输入端上 的电压超过VCC和二极管的正向偏值电压，该二极管就会正向导通连接到 VCC上。该二极管导通从而将信号的过冲箝位到 VCC和二极管的阈值电压 的和上。同样连接到地上的二极管也能够将信号的下冲限制在二极管的正向 偏置电压上。然而该二极管可不能吸取任何的能量，而仅仅只是将能量导 向电源或者是地。这种工作方式的结果是，传输线上就会显现多次的信号 反射。信号的反射会逐步衰减，要紧是因为能量会通过二极管在电源

18、和地 之间实现能量的交换，以及传输线上的电阻性损耗。能量的损耗限制了信 号反射的幅度，确保信号的完整性。不同于传统的终端匹配技术，二极管终端匹配技术的一个优势确实是， 肖特基二极管终端匹配无须考虑真正意义上的匹配。因此，当传输线的特点阻抗Z0不清晰时，比较适合采纳这种终端匹配技术。同时，在肖特基二 极管上的动态导通电阻上消耗的功率远远小于任何电阻类型终端匹配技术 的功率消耗。事实上，反射功率的一部分会通过正向偏置的二极管反馈回Voc -r到VCC或者地，同样也能够在传输线/任何可蹩I发信号反射的位置加入 肖特基二极管。二极管终端匹配技术而初多”号反射的存在可能会 阻碍后续信号的行为。省将基二极管势端匚纪6多负载的端接在实际电路中常常会遇到单一驱动源驱臂管载的情形，这时需要AWVk:一样情形下能够考虑以下两种方案。按照负载情形及电路的布线拓扑结构来确定端接