如何使用您的PCB走线宽度来改善信号完整性

在设计PCB布线的电路板布局时，走线可能是最重要的考虑因素。这通常涉及以下良好布局设计准则，例如选择正确的布线和过孔位置和间距。除了留在内部，太多的设计很少关注走线宽度合同制造商（CM）的公差。实际上，PCB走线的宽度和通孔的尺寸会严重影响信号的完整性和电流。为了量化这个概念，让我们仔细研究一下信号完整性以及如何通过PCB走线宽度来控制它。

 

确切地说，什么是信号完整性？

您可能已经听说过信号完整性一词甚至数百次。显然，具有良好的信号完整性是可取的，但是具有良好或不良的信号完整性到底意味着什么呢？让我们尝试以提出实现良好信号完整性或最小化PCB设计方面导致不良信号完整性的方面的方法来回答该问题。

信号完整性可以定义为电信号或电子信号在穿过介质或路径时保持其初始属性的趋势的度量。信号以其离开源时具有的相同幅度，相位，频率，功率和波形到达目的地或接收器，将具有完美或绝对的信号完整性。不幸的是，这种情况仅在理论上或真空中存在。实际上，无论路径如何，都会以某种方式修改信号完整性，并且在某些情况下，这些对信号完整性的修改会严重影响信号的完整性。设备的可靠性。

PCB信号完整性问题

数字电子设备本质上是模拟电子设备，它依赖于准确确定信号代表高状态还是低状态的能力。确定状态需要定义一个阈值，高于该阈值将解释为高状态，而低于此阈值将解释为低状态。在某些情况下，不同状态之间的转换速率也是必要的。当已经改变信号使得不能精确地做出这些确定时，处理设备或系统的性能变得不稳定，不稳定或不可预测。

对于电气和电子信号被认为具有相对较低的频率（<50MHz）的PCB，信号完整性通常不是重要问题，因为信号转换时间1比在整个板上传播的延迟短。但是，对于采用高频数字组件的电路板，可能会出现许多信号完整性问题，其中包括：

l 铃声–响应于变化（例如切换）的信号振荡。信号通常会在“建立时间”后恢复到正常状态。在此状态下，信号不可靠，并且可能传播到其他设备。

l 相声–当一条迹线上的信号通常并行影响另一条迹线上的信号时发生。这些信号可能会导致设备或系统发生意外行为。

l 地面弹跳–该术语用于描述电子设备的接地引脚值和与其连接的实际接地之间的差异。这是由于设备引脚和实际接地之间的导体电感引起的。

l 反射–当传输线上的阻抗不一致时，反射通常会发生在传输线或走线上。对于这种情况，一部分传输的能量会反射回源。

l 电磁干扰（EMI）–外部辐射设备对传播信号的有害干扰。这也称为噪声，因为它通常会增加或减少信号幅度和频率。该噪声的大小可以使得不能容易地检测到感兴趣的信号。

尽管上述信号完整性问题的来源不同，但所有这些都受到您的电路板走线的影响。

 

如何使用PCB走线宽度解决信号完整性问题

信号完整性可能是任何PCB上的主要问题；但是，对于数据和信号处理板，这可能是必须解决的最严重的问题。例如，在医疗设备，航空航天或汽车系统中执行敏感功能的板可能会遭受误诊，失控甚至死亡的危险。由于这些原因，您的设计应始终遵循合同制造商（CM）的指导原则，PCB布局 和 通过选择。此外，您还可以策略性地利用您的PCB走线宽度来生成最佳的信号完整性设计。

所有信号均通过其传播的路径，走线或过孔的属性进行修改。最值得注意的是，阻抗会影响信号电压，电流幅度和频率。可以通过改变走线的长度，厚度和宽度来控制阻抗。如果走线长度和厚度保持恒定或固定，则可以通过更改走线宽度来完全控制阻抗。下表总结了如何使用这种关系来解决上面定义的信号完整性问题。

 

信号完整性是一项不可或缺的性能指标，对于准确的数据传输和关键系统而言，这是不可妥协的。