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PCB设计小知识(四)

时间:2024-07-28 15:25:53浏览次数:16  
标签:干扰 知识 电源 时序 传输 完整性 信号 PCB 设计

作者:林良胜

SI

信号完整性的定义:

信号完整性(Signal Integrity)简称SI。如今的高速电路中,信号的频率、速率、功耗都在不断的增加,对信号完整性的要求也越来越高,信号完整性的也逐渐让工程师们不得不重视起来。信号完整性是指信号在传输、接收、处理过程中,保持着传输信息内容不受损的能力(抗干扰能力)

常见的信号完整性问题:

1、时序问题:高速信号传输对时序有严格的要求,我们常说的时序等长就是在完成信号传输对时序的要求。时序偏移、时钟抖动都属于时序问题,时序问题可能导致数据时序错误及系统的不稳定。

2、反射问题:当高速信号传输时,如果阻抗不连续,信号会发生反射,反射会造成信号波形畸变、时间偏移等问题。

3、噪声问题:噪声问题包括我们最熟悉的串扰,还有互模、电磁辐射等干扰,在高速信号传输时受噪声影响,会导致信号失真、误码、抖码等问题。

4、 热 问题:热的问题有时候容易被忽视,在高速电路工作时会产生大量的功耗,导致处理器的温度过热,当处理器温度过热除了自身器件故障,还会影响周围的器件使用寿命,在信号处理上更会出现时序偏移等问题。

5、环境问题:环境也是影响信号传输质量的问题之一,尤其是在高温、高湿、低温、高海拔等环境下,会导致材料的不稳定、绝缘性能的变差,从而影响信号传输时的质量。

6、电源完整性问题:电源完整性与信号完整性也是息息相关的,设想一下,高速信号的参考平面电源或地不稳定,对信号参考、回流都存在的很大影响,导致信号质量不达标。

PI

电源完整性的定义:

电源完整性(Power Integrity) 简称PI。电源完整性是确认电源的源端与目的端电压及电流是否满足需求,而处理好电源完整性就是让 电源分配系统 (Power Distribution Network — PDN)  稳定可靠,例如从DC转换器输出到处理器芯片、板卡上的直流电源满足需求且稳定,使得系统工作时,电源噪声能够得到有效的控制,并充分抑制处理器芯片工作时引起的电压波动、辐射、串扰等干扰。

常见的信号完整性问题:

1、稳压电源芯片自身输出存在的噪声,DC-DC的输出纹波比LDO输出的纹波大

2、电源的输出电流无法对终端负载电流的快速变化做出实时响应,造成电压下跌。

3、电源与地平面都一定存在阻抗,电流经过回路不可避免存在压降,瞬态的电流的变化就会造成负载电压的波动,造成电压不稳定。

4、高速信号通过打孔换层引起的电源噪音

解决直流压降的核心是:在电源传输路径上,增大过流面积,降低阻抗,减小电源回路面积,缩短电源到芯片管脚的距离,增加铜厚等措施。

EMC

电磁兼容性的定义:

电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility)简称EMC,是指设备能够在要求的电磁环境完成正常运行,并且不对环境中其他设备产生无法忍受的电磁干扰;通俗说就是:你的手机或电脑肯定要随处都能正常使用,总不能只在空旷的地方(无干扰设备)才能正常使用,在设备密集的地方就无法正常工作,或导致其他设备无法正常工作;EMC的作用就是让设备与设备在一起工作不会相互影响(能够正常工作)。

EMC=EMI+EMS

EMI:

电磁干扰(Electromagnetic Interference)简称EMI,电磁干扰为合成词,可以拆分为 电磁 与 干扰,意思是电磁波与元器件产生作用的干扰现象,干扰分为传导干扰与辐射干扰,传导干扰是指通过导体(导电介质)将电信号耦合(干扰)到另一个电信号;辐射干扰则是通过空间来将信号耦合(干扰)到其他信号。

EMS:

电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility)简称EMS,电磁兼容中要求设备对环境里需要存在一定的抗干扰度,即为电磁敏感性。


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标签:干扰,知识,电源,时序,传输,完整性,信号,PCB,设计
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