高速PCB设计中的一些难题以及解决之道

　　随着器件工作频率越来越高，高速PCB设计所面临的信号完整性等问题成为传统设计的一个瓶颈，工

程师在设计出完整的解决方案上面临越来越大的挑战。尽管有关的高速仿真工具和互连工具可以帮助设计

师解决部分难题，但高速PCB设计也更需要经验的不断积累及业界间的深入交流。
　　》  布线拓朴对信号完整性的影响
　　当信号在高速PCB板上沿传输线传输时可能会产生信号完整性问题。
　　「对于一组总线（地址，数据，命令）驱动多达4、5个设备（FLASH、SDRAM等）的情况，在PCB布线

时，是总线依次到达各设备，如先连到SDRAM，再到FLASH……还是总线呈星型分布，即从某处分离，分别

连到各设备。这两种方式在信号完整性上，哪种较好？」
　　布线拓扑对信号完整性的影响，主要反映在各个节点上信号到达时刻不一致，反射信号同样到达某节

点的时刻不一致，所以造成信号质量恶化。一般来讲，星型拓扑结构，可以通过控制同样长的几个分支，

使信号传输和反射时延一致，达到比较好的信号质量。
　　在使用拓扑之前，要考虑到信号拓扑节点情况、实际工作原理和布线难度。不同的Buffer，对于信号

的反射影响也不一致，所以星型拓扑并不能很好解决上述数琣a址总线连接到FLASH和SDRAM的时延，进而

无法确保信号的质量；另一方面，高速的信号一般在DSP和SDRAM之间通信，FLASH加载时的速率并不高，

所以在高速仿真时只要确保实际高速信号有效工作的节点处的波形，而无需关注FLASH处波形；星型拓扑

比较菊花链等拓扑来讲，布线难度较大，尤其大量数据地址信号都采用星型拓扑时。
　　》  焊盘对高速信号的影响
　　在PCB中，从设计的角度来看，一个过孔主要由两部分组成：中间的钻孔和钻孔周围的焊盘。
　　焊盘对高速信号有何影响？
　　焊盘对高速信号有影响，其影响类似器件的封装对器件的影响。详细的分析是，信号从IC内出来以后

，经过邦定线、管脚、封装外壳、焊盘、焊锡到达传输线，这个过程中的所有关节都会影响信号的质量。

但实际分析时，很难给出焊盘、焊锡加上管脚的具体参数。所以一般就用IBIS模型中的封装的参数将它们

都概括了，当然这样的分析在较低的频率上可以接收，但对于更高频率信号更高精度仿真就不够精确。现

在的一个趋势是用IBIS的V－I、V－T曲线描述Buffer特性，用SPICE模型描述封装参数。
　　》  如何抑制电磁干扰
　　PCB是产生电磁干扰 （EMI） 的源头，所以PCB设计直接关系到电子产品的电磁兼容性（EMC）。如果

在高速PCB设计中对EMC/EMI予以重视，将有助缩短产品研发周期加快产品上市时间。因此，不少工程师非

常关注抑制电磁干扰的问题。
　　「在EMC测试中发现时钟信号的谐波超标十分严重，是不是要对使用到时钟信号的IC的电源引脚做特

殊处理？目前只是在电源引脚上连接去耦电容，在PCB设计中还有需要注意哪些方面以抑止电磁辐射呢？

」
　　EMC的三要素为辐射源，传播途径和受害体。传播途径分为空间辐射传播和电缆传导。所以要抑制谐

波，首先看看它传播的途径。电源去耦是解决传导方式传播，此外必要的匹配和屏蔽也是需要的。
　　滤波是解决EMC通过传导途径辐射的一个好办法，除此之外，还可以从干扰源和受害体方面入手考虑

。干扰源方面，试着用示波器检查一下信号上升沿是否太快，存在反射或Overshoot、Undershoot或

Ringing，如果有，可以考虑匹配；另外尽量避免做50%占空比的信号，因为这种信号没有偶次谐波，高频

分量更多。受害体方面，可以考虑包地等措施。
　　》  RF布线是选择过孔还是打弯布线
　　「在高速PCB中，过孔可以减少很大的回流路径，但有人说情愿弯一下也不要打过孔，那应该如何取

舍？」
　　分析RF电路的回流路径，与高速数字电路中信号回流不太一样。二者有共同点，都是分布参数电路，

都是应用Maxwell方程计算电路的特性。但射频电路是仿真电路，有的电路中电压V＝V（t）、电流I=I（t

）两个变量都需要进行控制，而数字电路只关注信号电压的变化V＝V（t）。因此，在RF布线中，除了考

虑信号回流外，还需要考虑布线对电流的影响。即打弯布线和过孔对信号电流有没有影响。
　　此外，大多数RF板都是单面或双面PCB，并没有完整的平面层，回流路径分布在信号周围各个地和电

源上，仿真时需要使用3D场提取工具分析，这时候打弯布线和过孔的回流需要具体分析；高速数字电路分

析一般只处理有完整平面层的多层PCB，使用2D场提取分析，只考虑在相邻平面的信号回流，过孔只作为

一个集总参数的R－L－C处理。