今天小编要和大家分享的是EDA,IC设计相关信息,接下来我将从高速PCB中的地回流和电源回流以及跨分割问题分析,高速pcb设计行业发展前景及eda软件工具深度解析这几个方面来介绍。

EDA,IC设计相关技术文章高速PCB中的地回流和电源回流以及跨分割问题分析高速pcb设计行业发展前景及eda软件工具深度解析

EDA,IC设计相关技术文章高速PCB中的地回流和电源回流以及跨分割问题分析

这里简单构造了一个“场景”,结合下图介绍一下地回流和电源回流以及一些跨分割问题。为方便作图,把层间距放大。

IC1为信号输出端,IC2为信号输入端(为简化PCB模型,假定接收端内含下接电阻)第三层为地层。IC1和IC2的地均来自于第三层地层面。顶层右上角为一块电源平面,接到电源正极。C1和C2分别为IC1、IC2的退耦电容。图上所示的芯片的电源和地脚均为发、收信号端的供电电源和地。

高速PCB中的地回流和电源回流以及跨分割问题分析

在低频时,如果S1端输出高电平,整个电流回路是电源经导线接到VCC电源平面,然后经橙色路径进入IC1,然后从S1端出来,沿第二层的导线经R1端进入IC2,然后进入GND层,经红色路径回到电源负极。

但在高频时,PCB所呈现的分布特性会对信号产生很大影响。我们常说的地回流就是高频信号中经常要遇到的一个问题。当S1到R1的信号线中有增大的电流时,外部的磁场变化很快,会使附近的导体感应出一个反向的电流。如果第三层的地平面是完整的地平面的话,那么会在地平面上会有一个蓝色虚线标示的电流;如果TOP层有一个完整的电源平面的话,也会在顶层有一个沿蓝色虚线的回流。此时信号回路有最小的电流回路,向外辐射的能量最小,耦合外部信号的能力也最小。(高频时的趋肤效应也是向外辐射能量最小,原理是一样的。)

由于高频信号电平和电流变化都很快,但是变化周期短,需要的能量并不是很大,所以芯片是和离芯片最近的退耦电容取电的。当C1足够大,而且反应又足够快 (有很低的ESR值,通常用瓷片电容。瓷片电容的ESR远低于钽电容。),位于顶层的橙色路径和位于GND层的红色路径可以看成是不存在的(存在一个和整板供电对应的电流,但不是与图示信号对应的电流)。

因此,按图中构造的环境,电流的整个通路是:由C1的正极-》IC1的VCC-》S1-》L2信号线-》R1-》IC2的 GND-》过孔-》GND层的黄色路径-》过孔-》电容负极。可以看到,电流的垂直方向有一个棕色的等效电流,中间会感应出磁场,同时,这个环面也能很容易的耦合到外来的干扰。如果和图中信号为一条时钟信号,并行有一组8bit的数据线,由同一芯片的同一电源供电,电流回流途径是相同的。如果数据线电平同时同向翻转的话,会使时钟上感应一个很大的反向电流,如果时钟线没有良好的匹配的话,这个串扰足以对时钟信号产生致命影响。这种串扰的强度不是和干扰源的高低电平的绝对值成正比,而是和干扰源的电流变化速率成正比,对于一个纯阻性的负载来说,串扰电流正比于dI/dt=dV /(T10%-90%*R)。式中的dI/dt (电流变化速率)、dV(干扰源的摆幅)和R(干扰源负载)都是指干扰源的参数(如果是容性负载的话,dI/dt是与T10%-90%的平方成反比的。)。从式中可以看出,低速的信号未必比高速信号的串扰小。也就是我们说的:1kHZ的信号未必是低速信号,要综合考虑沿的情况。对于沿很陡的信号,是包含很多谐波成分的,在各倍频点都有很大的振幅。因此,在选器件的时候也要注意一下,不要一味选开关速度快的芯片,不仅成本高,还会增加串扰以及EMC问题。