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高速PCB设计策略,行业不同方法大不同

  • 2020-11-23 00:00
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  高速PCB设计策略,行业不同方法大不同


  高速PCB设计需要面对很多不同的领域和产品,而每一领域的设计核心需求都是不一样的。比如,数据与通讯领域要求的是极致的产品性能,消费类产品突出的是性能价格比;相反军事、工业领域要求的则是绝对的可靠性……接下来,我们简单的来聊聊不同领域的高速PCB设计策略。


  不一样的高速PCB设计策略


  电信领域

  在电信领域,设计非常复杂,在数据、语音和图像的传输应用中传输速度已经远远高于500Mbps,在通信领域人们追求的是更快地推出更高性能的产品,而成本并不是第一位的。他们会使用更多的板层、足够的电源层和地层、在任何可能出现高速问题的信号线上都会使用分立元器件来实现匹配。他们有SI(信号完整性)和EMC(电磁兼容)专家来进行布线前的仿真和分析,每一个设计工程师都遵循企业内部严格的设计规定。所以通信领域的设计工程师通常采用这种过度设计的高速PCB设计策略

  家用计算机领域

  家用计算机领域的主板设计是另一个极端,成本和实效性高于一切,设计师们总是采用最快、最好、最高性能的CPU芯片、存储器技术和图形处理模块来组成日益复杂的计算机。而家用计算机主板通常都是4层板,一些高速PCB设计技术很难应用到这一领域,所以家用计算机领域的工程师通常都采用过度研究的方法来设计高速PCB板,他们要充分研究设计的具体情况解决那些真正存在的高速电路问题。

  通常高速PCB设计

  而通常的高速PCB设计情况可能又不一样。高速PCB中关键元器件(CPU、DSP、FPGA、行业专用芯片等)厂商会提供有关芯片的设计资料,这些设计资料通常以参考设计和设计指南的方式给出。然而这里存在两个问题:首先器件厂商对于信号完整性的了解和应用也存在一个过程,而系统设计工程师总是希望在第一时间使用最新型的高性能芯片,这样器件厂商给出的设计指南可能并不成熟。所以有的器件厂商不同时期会给出多个版本的设计指南。其次,器件厂商给出的设计约束条件通常都是非常苛刻的,对设计工程师来说要满足所有的设计规则可能非常困难。而在缺乏仿真分析工具和对这些约束规则的背景不了解的情况下,满足所有的约束条件就是唯一的高速PCB设计手段,这样的设计策略通常称之为过度约束

  虽然不同领域的高速PCB设计策略大不相同,但有一些基础技术是具有通用性的。


  通用高速PCB设计核心关键要点

  01电源电路的设计

  电源是一个电子产品稳定工作的基础,虽然大多数时候电源设计的技术挑战性并不是最大的,但是一旦出现了运行稳定性的问题,很多时候其实是跟电源有关的。

  电源设计的重点主要在于电源模块的功能设计优化、转换效率提升,以及电源通道设计等,都必须遵循相应的技术指标和规则来进行,对于敏感电源或者电流很大的电源还需要结合PI仿真来提升直流压降与动态阻抗以及噪声方面的性能。

  02高速并行信号的设计

  最常见就是ddr3,ddr4等电路,尤其对于Memory Down(板载内存条)设计这类方案,更需要特别注意,在严格执行原厂Layout Guide的同时,最好通过仿真分析来辅助优化布局布线设计,以确保高速信号的设计质量。

  其他类型的并行信号设计还有很多,一般按照相应的芯片设计规则要求控制好绝对长度与相对等长,同时做好过孔数量控制、信号跨分割、串扰方面的规则控制,就可以满足大部分设计要求。

  03高速串行信号设计

  目前最常见的PCIE高速通道,以及SATA、SAS、LVDS、USB3.0高速通道,以及高速光网络通道等,信号速度普遍都已提升到5G、8G、10G、28G甚至56Gbps的水平,所以必须严格按照相应的高速设计规则去进行设计,同时要做好信号完整性分析与优化工作,不然就会容易出现信号质量方面的问题。

  04其他

  此外,高速PCB设计还有很多需要注意的关键技术点,比如模拟信号设计,射频信号,数模混合,以及DFM,DFA,EMC方面的设计注意点等等,每一个方向都有一系列的规则要求。

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