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高速PCB設計與抄板仿真策略

更新時間:2015-12-03 17:37:29點擊次數:6734次

目前高速PCB設計在通信、計算機、圖形圖像處理等領域應用廣泛。而在這些領域工程師們用的高速PCB設計策略也不一樣,其中涉及了抄板仿真和分析的過度設計策略。

在電信領域,設計非常復雜,在數據、語音和圖像的傳輸應用中傳輸速度已經遠遠高于500Mbps,在通信領域人們追求的是更快地推出更高性能的產品,而成本并不是第一位的。他們會使用更多的板層、足夠的電源層和地層、在任何可能出現高速問題的信號線上都會使用分立元器件來實現匹配。他們有SI(信號完整性)和EMC(電磁兼容)專家來進行布線前的抄板仿真和分析,每一個設計工程師都遵循企業內部嚴格的設計規定。所以通信領域的設計工程師通常采用這種過度設計的高速PCB設計策略。

家用計算機領域的主板設計是另一個極端,成本和實效性高于一切,設計師們總是采用最快、最好、最高性能的CPU芯片、存儲器技術和圖形處理模塊來組成日益復雜的計算機。而家用計算機主板通常都是4層板,一些高速PCB設計技術很難應用到這一領域,所以家用計算機領域的工程師通常都采用過度研究的方法來設計高速PCB板,他們要充分研究設計的具體情況解決那些真正存在的高速電路問題。

而通常的高速PCB設計情況可能又不一樣。高速PCB中關鍵元器件(CPU、DSP、FPGA、行業專用芯片等)廠商會提供有關芯片的設計資料,這些設計資料通常以參考設計和設計指南的方式給出。然而這里存在兩個問題:首先器件廠商對于信號完整性的了解和應用也存在一個過程,而系統設計工程師總是希望在第一時間使用最新型的高性能芯片,這樣器件廠商給出的設計指南可能并不成熟。所以有的器件廠商不同時期會給出多個版本的設計指南。其次,器件廠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則可能非常困難。而在缺乏仿真分析工具和對這些約束規則的背景不了解的情況下,滿足所有的約束條件就是唯一的高速PCB設計手段,這樣的設計策略通常稱之為過度約束。

有文章提到,一個背板設計采用表面貼裝的電阻來實現終端匹配。電路板上使用了200多個這樣的匹配電阻。試想如果要設計10個原型樣板通過改變這200個電阻確保最佳的終端匹配效果,這將是巨大的工作量。而在此設計中沒有任何一個電阻值的改變得益于SI軟件的分析結果,這的確令人吃驚。

所以需要在原有的設計流程中加入高速PCB設計的抄板仿真和分析,使之成為完整的產品設計和開發中一個不可或缺的部分。

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