在基于信號完整性計算機分析的PCB設計方法中，最為核心的部分就是PCB板級信號完整性模型的建立，這是與傳統(tǒng)的設計方法的區(qū)別之處。SI模型的正確性將決定設計的正確性，而SI模型的可建立性則決定了這種設計方法的可行性。目前構(gòu)成器件模型的方法有兩種：一種是從元器件的電學工作特性出發(fā)，把元器件看成‘黑盒子’，測量其端口的電氣特性，提取器件模型，而不涉及器件的工作原理，稱為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數(shù)。其優(yōu)點是建模和使用簡單方便，節(jié)約資源，適用范圍廣泛，特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級模型是一個選擇。缺點是精度較差，一致性不能保證，受測試技術和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎，從元器件的數(shù)學方程式出發(fā)，得到的器件模型及模型參數(shù)與器件的物理工作原理有密切的關系。SPICE 模型是這種模型中應用最廣泛的一種。其優(yōu)點是精度較高，特別是隨著建模手段的發(fā)展和半導體工藝的進步和規(guī)范，人們已可以在多種級別上提供這種模型，滿足不同的精度需要。缺點是模型復雜，計算時間長。一般驅(qū)動器和接收器的模型由器件廠商提供，傳輸線的模型通常從場分析器中提取，封裝和連接器的模型即可以由場分析器提取，又可以由制造廠商提供。在電子設計中已經(jīng)有多種可以用于PCB板級信號完整性分析的模型，其中最為常用的有三種，分別是SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。

通訊與計算機技術的高速發(fā)展使得高速PCB設計進入了千兆位領域，新的高速器件應用使得如此高的速率在背板和單板上的長距離傳輸成為可能，但與此同時，PCB設計中的信號完整性問題(SI)、電源完整性以及電磁兼容方面的問題也更加突出。信號完整性是指信號在信號線上傳輸?shù)馁|(zhì)量，主要問題包括反射、振蕩、時序、地彈和串擾等。信號完整性差不是由某個單一因素導致，而是板級設計中多種因素共同引起。在千兆位設備的PCB板設計中，一個好的信號完整性設計要求工程師全面考慮器件、傳輸線互聯(lián)方案、電源分配以及EMC方面的問題。高速PCB設計EDA工具已經(jīng)從單純的仿真驗證發(fā)展到設計和驗證相結(jié)合，幫助設計者在設計早期設定規(guī)則以避免錯誤而不是在設計后期發(fā)現(xiàn)問題。隨著數(shù)據(jù)速率越來越高設計越來越復雜，高速PCB系統(tǒng)分析工具變得更加必要，這些工具包括時序分析、信號完整性分析、設計空間參數(shù)掃描分析、EMC設計、電源系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等。這里我們將著重討論在千兆位設備PCB設計中信號完整性分析應考慮的一些問題。高速器件與器件模型盡管千兆位發(fā)送與接收元器件供應商會提供有關芯片的設計資料，但是器件供應商對于新器件信號完整性的了解也存在一個過程，這樣器件供應商給出的設計指南可能并不成熟，還有就是器件供應商給出的設計約束條件通常都是非常苛刻的，對設計工程師來說要滿足所有的設計規(guī)則會非常困難。所以就需要信號完整性工程師運用仿真分析工具對供應商的約束規(guī)則和實際設計進行分析，考察和優(yōu)化元器件選擇、拓撲結(jié)構(gòu)、匹配方案、匹配元器件的值，并最終開發(fā)出確保信號完整性的PCB布局布線規(guī)則。因此，千兆位信號的精確仿真分析變得十分重要，而器件模型在信號完整性分析工作中的作用也越來越得到重視。

隨著集成電路輸出開關速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設計必須關心的問題之一。元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，導致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB板的設計過程中充分考慮到信號完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當今PCB設計業(yè)界中的一個熱門課題。基于信號完整性計算機分析的高速數(shù)字PCB板設計方法能有效地實現(xiàn)PCB設計的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達IC，則該電路具有較好的信號完整性。反之，當信號不能正常響應時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。從廣義上講，信號完整性問題主要表現(xiàn)為5個方面：延遲、反射、串擾、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導線上以有限的速度傳輸，信號從發(fā)送端發(fā)出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產(chǎn)生影響，在高速數(shù)字系統(tǒng)中，傳輸延遲主要取決于導線的長度和導線周圍介質(zhì)的介電常數(shù)。另外，當PCB板上導線(高速數(shù)字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負載阻抗不匹配時，信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射，就會產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

吉林開發(fā)SMT焊接(一) 細節(jié)決定成敗PCB設計是一個細致的工作，需要的就是細心和耐心。剛開始做設計的新手經(jīng)常犯的錯誤就是一些細節(jié)錯誤。開發(fā)SMT焊接器件管腳弄錯了，器件封裝用錯了，管腳順序畫反了等等，有些可以通過飛線來解決，有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫封裝的時候多檢查一遍，投板之前把封裝打印出來和實際器件比一下，多看一眼，多檢查一遍不是強迫癥，只是讓這些容易犯的低級錯誤盡量避免。否則設計的再好看的板子，上面布滿飛線，也就遠談不上優(yōu)秀了。(二) 學會設置規(guī)則其實現(xiàn)在不光高級的PCB設計軟件需要設置布線規(guī)則，一些簡單易用的PCB工具同樣可以進行規(guī)則設置。人腦畢竟不是機器，那就難免會有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問題設置到規(guī)則里面，讓電腦幫助我們檢查，盡量避免犯一些低級錯誤。另外，完善的規(guī)則設置能更好的規(guī)范后面的工作。所謂磨刀不誤砍柴工，板子的規(guī)模越復雜規(guī)則設置的重要性越突出。現(xiàn)在很多EDA工具都有自動布線功能，如果規(guī)則設置足夠詳細，讓工具自己幫你去設計，你在一旁喝杯咖啡，不是更愜意的事情嗎?(三) 為別人考慮的越多，自己的工作越少在進行PCB設計的時候，盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如，如果設計的是一塊開發(fā)板，那么在進行PCB設計的時候就要考慮放置更多的絲印信息，這樣在使用的時候會更方便，不用來回的查找原理圖或者找設計人員支持了。如果設計的是一個量產(chǎn)產(chǎn)品，那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會遇到的問題，同類型的器件盡量方向一致，器件間距是否合適，板子的工藝邊寬度等等。這些問題考慮的越早，越不會影響后面的設計，也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)?？瓷先ラ_始設計上用的時間增加了，實際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號允許的情況下，盡量放置更多的測試點，提高板子的可測性，這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時間，給發(fā)現(xiàn)問題提供更多的思路。(四) 畫好原理圖很多工程師都覺得layout工作更重要一些，原理圖就是為了生成網(wǎng)表方便PCB做檢查用的。其實，在后續(xù)電路調(diào)試過程中原理圖的作用會更大一些。無論是查找問題還是和同事交流，還是原理圖更直觀更方便。另外養(yǎng)成在原理圖中做標注的習慣，把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標注在原理圖上，對自己或者對別人都是一個很好的提醒。層次化原理圖，把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁，這樣無論是讀圖還是以后重復使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設計總是要比設計新電路的風險小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上，一片密密麻麻的器件，腦袋就能大一圈。

尤其在使用高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡時，攔截大量信息所需要的時間顯著低于攔截低速數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間。數(shù)據(jù)雙絞線中的絞合線對在低頻下可以靠自身的絞合來抵抗外來干擾及線對之間的串音，但在高頻情況下(尤其在頻率超過250MHz以上時)，僅靠線對絞合已無法達到抗干擾的目的，只有屏蔽才能夠抵抗外界干擾。電纜屏蔽層的作用就像一個法拉第護罩，干擾信號會進入到屏蔽層里，但卻進入不到導體中。因此，數(shù)據(jù)傳輸可以無故障運行。由于屏蔽電纜比非屏蔽電纜具有較低的輻射散發(fā)，因而防止了網(wǎng)絡傳輸被攔截。屏蔽網(wǎng)絡(屏蔽的電纜及元器件)能夠顯著減小進入到周圍環(huán)境中而可能被攔截的電磁能輻射等級。不同干擾場的屏蔽選擇干擾場主要有電磁干擾及射頻干擾兩種。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾，馬達、熒光燈以及電源線是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是指無線頻率干擾，主要是高頻干擾。無線電、電視轉(zhuǎn)播、雷達及其他無線通訊是通常的射頻干擾源。對于抵抗電磁干擾，選擇編織屏蔽最為有效，因其具有較低的臨界電阻;對于射頻干擾,箔層屏蔽最有效,因編織屏蔽依賴于波長的變化，它所產(chǎn)生的縫隙使得高頻信號可自由進出導體;而對于高低頻混合的干擾場，則要采用具有寬帶覆蓋功能的箔層加編織網(wǎng)的組合屏蔽方式。通常，網(wǎng)狀屏蔽覆蓋率越高，屏蔽效果就越好。

從IC芯片的發(fā)展及封裝形式來看，芯片體積越來越小、引腳數(shù)越來越多;同時，由于近年來IC工藝的發(fā)展，使得其速度也越來越高。這就帶來了一個問題，即電子設計的體積減小導致電路的布局布線密度變大，而同時信號的頻率還在提高，從而使得如何處理高速信號問題成為一個設計能否成功的關鍵因素。隨著電子系統(tǒng)中邏輯復雜度和時鐘頻率的迅速提高，信號邊沿不斷變陡，印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對于低頻設計，線跡互連和板層的影響可以不考慮，但當頻率超過50 MHz時，互連關系必須考慮，而在*定系統(tǒng)性能時還必須考慮印刷電路板板材的電參數(shù)。因此，高速系統(tǒng)的設計必須面對互連延遲引起的時序問題以及串擾、傳輸線效應等信號完整性(Signal Integrity，SI)問題。當硬件工作頻率增高后，每一根布線網(wǎng)絡上的傳輸線都可能成為發(fā)射天線，對其他電子設備產(chǎn)生電磁輻射或與其他設備相互干擾，從而使硬件時序邏輯產(chǎn)生混亂。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)的標準提出了解決硬件實際布線網(wǎng)絡可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾以及本身抵抗外部電磁干擾的基本要求。1 高速數(shù)字電路設計的幾個基本概念在高速數(shù)字電路中，由于串擾、反射、過沖、振蕩、地彈、偏移等信號完整性問題，本來在低速電路中無需考慮的因素在這里就顯得格外重要;另外，隨著現(xiàn)有電氣系統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu)越來越復雜，電磁兼容性也變成了一個不能不考慮的問題。要解決高速電路設計的問題，首先需要真正明白高速信號的概念。高速不是就頻率的高低來說的，而是由信號的邊沿速度決定的，一般認為上升時間小于4倍信號傳輸延遲時可視為高速信號。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中，也會出現(xiàn)信號完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高，所用器件I/O端口的信號邊沿比以前更陡更快，因此在工作時鐘不高的情況下也屬于高速器件，隨之帶來了信號完整性的種種問題。