Enkeltuttryckt, när stigtiden/falltidenför en digital signal är tillräckligt kort för att de fysiska egenskaperna hos kretskortets ledningar– såsom impedans, fördröjning och parasitära effekter– börjar haen betydande inverkan på signalkvaliteten, faller kretskortet under kategorin höghastighetskretskort.
Viktenav höghastighets-kretskort
I dagens höghastighetsdigitala era, frånsmartphones till datacenterservrar, beror prestandaflaskhalsarna hos enheterna i allt högre grad på deras interna kretskortens förmågaattöverföra och bearbeta höghastighetssignaler.Det är viktigt att notera att ”hög hastighet” intedefinieras enbart av ett specifikt frekvensvärde, utan är nära relaterat till förändringshastigheten för signalkanterna och längden på överföringsvägen. Därför har det centrala målet för höghastighetskretskortdesign skiftat från det traditionella fokuset på att säkerställa ”elektrisk anslutning” till den mer kritiska uppgiften att upprätthålla ”signalintegritet”.
Vad ärhöghastighets-PCB-design?
Höghastighets-PCB-design är en systematisk teknisk metodsom fokuserar påatt analysera och kontrollera olika problem som signaler kan stöta på under överföringen.I lågfrekventa kretsar kan ledare approximeras som idealiska”korta linjer”, därsignaler överförs nästanomedelbart. I höghastighetsscenarier är PCB-spår dock inte längre bara enkla elektriska anslutningar, utan måste modelleras och analyseras som överföringsledningar. Om överföringsledningarnas karakteristiska impedans är felmatchad kan det utlösa signalreflektioner, ringningar eller överskjutningsfenomen, vilket leder till datafel eller till och med systemfel.
Därförsträcker sig fokus för höghastighets-PCB-design bortom att bara ”ansluta rätt punkter”. Det kräver omfattande hänsyn till faktorer som elektromagnetiskafälteffekter, impedanskontroll, överhörning, timing och strömintegritet under den inledande designfasen. Detta säkerställer signalkvaliteten under hela överföringsprocessen från sändare till mottagare.
10 praktiska tips för höghastighets-PCB-design
Tidigtsamarbete med tillverkare
Kontakta din tillverkare av höghastighets-kretskort (t.ex. TOPFAST) under den inledande layoutdesignfasen för att diskutera stack-up-förslagoch impedanskontrollfunktioner, så att designen överensstämmer med deras processpecifikationer.
Definiera en tydlig stack-up-strategi
Avsättspecifika plan istaplingen för ström-, jord- ochkritiska signalskikt föratt gestabilimpedans ocheffektiv brusisolering.
Simuleringsdriven design
Utförsimuleringar av signalintegritet (SI) och strömintegritet (PI) bådeföre och efterlayoutföratt proaktivt identifiera ochminska potentiella problem.
Striktefterlevnad av impedansberäkningar
Beräkna och uppnå exaktden spårbreddoch det avstånd som krävs förmålimpedansen, baserat strikt på materialparametrar (t.ex. dielektrisk tjocklek, Dk) somtillhandahålls av tillverkaren.
Säkerställoavbrutna referensplan
Kritiska höghastighetssignalspår måste ha ett stabilt referensplan(jordeller ström) under sig. Undvik att korsa delningar i referensplanet för att upprätthålla en tydlig returväg.
Optimera differentialparets routning
Hållen jämn bredd, avstånd och parallellitet för differentialpar och kontrolleranoggrant längden inom paret för att säkerställastörningsimmunitet och signalkvalitet.
Placera avkopplingskondensatorer närastiften
Placera avkopplingskondensatorer så näraIC-kretsarnas strömstift som möjligt föratt minimera slinginduktansenoch säkerställa effektiv filtrering av högfrekvent brus.
Undvikskarpa vinklar
Använd135-graders vinklar eller bågspårför alla signalspårböjningar föratt minimera impedansdiskontinuiteteroch signalreflektioner.
Hantera signalreturvägar
Beaktaochkontrollera alltid returströmvägen för höghastighetssignaler och se till att den förblirlågimpedans, vilket är avgörande för att upprätthålla signalintegriteten.
Prioriteramarkgenomgångar nära skiktövergångar
Placera jordade viaer intill signalviaernär höghastighetssignalerbyterlager för att få den kortaste, kontinuerliga återvägen med lågimpedans.
- Stabilsignalreturväg: En solid jordplan ger en direkt, kontinuerlig returväg för höghastighetssignaler,vilketförhindraroregelbundna strömslingor ochminimerar EMI vid källan.
- Effektiv ljudisolering: Dedikeradeström- och jordlager skyddar känsliga höghastighetssignallagersom ligger mellan demochförhindrar överhörning.
- Kontrollerad karakteristisk impedans: Precisstack-up-design möjliggör beräkning och kontroll av spårimpedans,vilket är avgörandeför att minimera signalreflektioner och äromöjligt att uppnå med dubbelsidiga kort.
- Överlägsenkraftdistribution: Ett stabilt strömplan ger en lågimpedansväg för att leverera ren ström till chip,vilketförbättrarströmintegriteten och förhindrar spänningsfluktuationer.
Metoder för höghastighets-PCB-rutning
1. Principen om layoutprioritet
Underlayoutfasen ska du följa strategin”kritiskt först, allmänt sedan”.Prioritera placeringen avhöghastighetskomponenter (såsom CPU:er, minne, SerDes-gränssnitt etc.) och minimera avståndenmellan dem föratt minska fördröjningar och förluster isignalvägen.
2. Impedanskontroll
Impedanskontroll är hörnstenen i designen av höghastighets-PCB. Oavsett omdet gäller styva kort eller höghastighetsflexibla kretsar måste precisa simuleringsberäkningar och processkontroll tillämpas för att säkerställa en jämn impedans längs kritiska spår, vilket förhindrarsignalreflektioner orsakade av impedansfelanpassning.
3. Längdmatchning
För parallella bussar (t.ex. DDR) eller differentiella signaler ärlängdmatchningav relevanta spåravgörande för att uppfylla strikta tidskrav. En vanlig metod är att användaserpentinformad routning för attkompensera för kortare vägar,vilket säkerställer att signalerna anländer synkront till mottagaren.
4. 3W-regeln
För att undertrycka överhörning mellan intilliggande spår rekommenderas att man följer ”3W-regeln”:avståndet mellan centrum på intilliggande spår bör vara minst tre gånger bredden på ett enskilt spår. Detta minskar effektivt kopplingen mellan elektriska fält och förbättrarsignalintegriteten.
5. Viaoptimering
Viaerintroducerar parasitisk kapacitansoch induktans, vilket leder tillimpedansdiskontinuiteter och försämrad signalkvalitet. I höghastighetskonstruktioner bör användningenav viaer minimeras. När det är nödvändigtbör parametrar som hålstorlek, paddiameter och anti-padstruktur optimeras för att kontrollera parasitiska effekter.
Vanliga frågor om höghastighets-PCB-design
F: Vadkännetecknar en ”höghastighetsdesign”?
A: Det bestäms av signalens stigtid i förhållande till spårlängden. Omspårlängden överstiger 1/12av signalenseffektivavåglängd (t.ex. >5 cm för 1 ns stigtid) blir överföringsledningseffekternakritiska. Snabba kanthastigheter är viktigare än klockfrekvensen.
F: Ärett 4-lagers kretskort lämpligtför höghastighetsdesign?
A: Ja. Enstandard 4-lagers stackup tillhandahåller nödvändigajord-/strömplan för impedanskontroll och returvägar. Lämplig för de flesta inbyggda system (ARM/FPGA), men gränssnitt med flera Gbps (PCIe/SATA) kräver fler lager för bättre isolering.
F: Huravvisar differentiella signaler brus?
A: Differentialpar överförinverterade signaler. Gemensamt brus som kopplastill båda linjerna elimineras när mottagaren beräknar deras skillnad.Deras motsatta fält minskar också elektromagnetiskstrålning.
F: Varför involvera tillverkarna tidigt?
A: Tillverkningsmaterial (dielektricitetskonstant, kopparvikt)påverkar direkt impedansnoggrannheten. Tidigt samarbete säkerställer att din design överensstämmer med tillverkarens kapacitet, vilket förhindrar kostsamma omarbetningar och förseningar.
Framgångenför höghastighetskonstruktioner beror i slutändan på högprecisions tillverkning. Somen professionell tillverkare av höghastighets-PCBmed 17 årserfarenhet säkerställer Topfast att dindesignintention översätts korrekt till fysisk verklighet genom stabil kontrollavdielektricitetskonstanten och strikt efterlevnad av linjebredd/avstånd och lager-till-lager-inriktning. Vi tillhandahåller även professionella impedanstestrapporter för att på ett tillförlitligt sätt validera produktens prestanda.