基于印制电路板的信号完整性分析

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随着半导体技术的发展,芯片的主频越来越高,核电压越来越低,导致信号的上升沿越来越快,同时功耗的增加,导致电流越来越大;芯片的封装技术大幅的发展,使芯片的体积越来越小;板材的制造工艺不断的提高,能够承载更高速度的信号;钻孔技术和加工精度的突飞猛进,导致任意阶的盲埋孔发展起来。这就导致了印制电路板上的元器件越来越多,布线越来越密,面积越来越小,体积越来越轻薄,上面的信号种类越来越复杂,最终导致一系列的信号完整性问题。
  信号完整性的问题应该引起重点关注,原来传统的设计方法就是把板上的各个网络拉通,但是这种方法已经不能解决信号质量问题,需要对信号完整性的各种现象进行深入的研究,才能带来更为稳健的设计。
  针对上述问题,本文采取从印制电路板的各个组成要素作为突破点。对它们的基本行为特性,进行建模仿真验证。其中包括单根传输线信号常见的反射问题,通过合理的端接、拓扑以及容性补偿技术进行解决;对相邻传输线的信号质量问题,对已有的设计经验例如蛇形走线、保护地线,层间耦合等方法进行修正,并且指出其应用的局限性;对高速差分信号质量问题,通过合理端接技术以及利用差分信号的一些特性进行解决;对电源部分的问题,通过合理的使用电容、过孔与电源平面进行解决,并且对电源平面的直流压降、电热转换等问题进行分析。通过对基本要素的信号完整性研究,获取基本的设计技术;并且对信号完整性的基本知识进行应用;设计 DDR3 SODIMM PCB,通过阻抗耦合仿真,电源与地的平面谐振仿真,电热协同仿真,对所设计 PCB 进行整板信号完整性仿真验证。仿真结果表明,以板级各要素信号完整性研究总结的方法,能够很大的提高的PCB信号完整性设计效率。
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