凡亿专栏 | 高速PCB设计:信号问题及解决大公开!
高速PCB设计:信号问题及解决大公开!

相比普通PCB设计,信号质量对高速PCB设计可以说是至关重要,关系到电路的稳定性及性能。信号质量常见问题可分为过冲、回冲、毛刺、边沿和电平等,本文将详细探讨这些问题及解决方法,希望对小伙伴们有所帮助。

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1、过冲和回冲

过冲和回冲是高速信号在传输过程中常见的现象。过冲是指信号在上升沿或下降沿时超过其稳态值,而回冲则是指信号在上升沿或下降沿时的下冲。这些问题通常是由于信号传输线的阻抗不连续所引起的。

解决方案:为了减小过冲和回冲,可以采用始端串接电阻或末端并接电阻的方法。此外,合理选择信号源的输出阻抗和传输线的特性阻抗,以及适当调整驱动器的输出电流,也可以有效地改善过冲和回冲问题。

2、毛刺

毛刺是信号在上升沿或下降沿处出现的短暂的、小的额外峰。毛刺可能导致时序错误、误触发等问题,影响系统的稳定性。

解决方案:毛刺的产生原因可能是逻辑冒险、串扰、地线反弹等。针对不同原因引起的毛刺,可以采用不同的消除方法,如增加逻辑门延迟、减小信号线间距、优化地线设计等。同时,合理选择滤波电路和去耦电容,也可以有效降低毛刺的影响。

3、边沿时间

边沿时间是信号从低电平跳变到高电平,或从高电平跳变到低电平所需的时间。边沿时间过慢可能导致数据采样错误。

解决方案:边沿时间过慢通常是由于输出端容性负载过大或三态充(放)电电流小等原因引起的。为了改善边沿时间,可以减小输出端容性负载、增加驱动器的输出电流,或者优化信号线的拓扑结构。

4、回冲

回冲是由于信号线不匹配或多负载等原因引起的。回冲可能导致信号失真,影响系统的性能和稳定性。

解决方案:为了减小回冲,可以增加匹配电阻或调整总线的拓扑结构。同时,注意避免信号线过长或分支过多,以及确保信号线宽度的连续性和一致性,也可以有效降低回冲的影响。

5、电平幅度

电平幅度是信号的电压值范围。电平幅度异常可能导致器件输出错误。

解决方案:电平幅度异常的原因可能是输出过载、电平不匹配、三态总线、总线冲突等。针对不同原因引起的电平幅度异常,可以采用相应的解决方案,如减小输出负载、调整电平匹配参数、优化总线控制逻辑等。同时,合理选择电源模块和去耦电容,也可以有效保证电平幅度的稳定性。

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