那些课本上找不到的信号完整性设计技巧

阻抗匹配检查

首先要检查线宽，同一网络的布线宽度应该保持一致，线宽的变化会导致线路特性阻抗的不均匀，当信号传输的速度过高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。在某些条件下，如接插件引出线，BGA封装的引出线类似的结构时，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减小中间不一致部分的有效长度。

走线终结网络

在高速数字电路中，当PCB走线的延迟时间大于信号上升时间/下降时间的1/4时，该走线就可以看作传输线，为了保证信号输入和输出阻抗与传输线阻抗正确匹配，所选择的匹配方法与网络的连接方式和布线的拓扑结构有关。

• 对于点对点（一个输出对应一个输入）的连接，可以选择始端串联匹配和终端并联匹配，前者结构简单，成本低，但延迟较大；后者匹配效果好，但结构复杂，成本较高。
• 对于点对多点（一个输出对应多个输入）的连接，当网络的拓扑结构为菊花链时，应选择终端并联匹配；当网络为星型结构时，可以参考点对点方案。菊花链和星型为两种基本拓扑结构，其他结构都可以看成是这两种结构的变形，可以采取一些灵活的措施进行匹配，在实际操作中要兼顾成本、功耗和性能等因素，一般不追求完全匹配，只要将失配所引起的反射等干扰控制在可接受的范围内即可。

走线闭环检查

目的是防止信号线在不同层之间形成自环。在多层板设计中容易发生此类问题，自环将会引起辐射干扰。

走线分支长度

分支的长度需要有效控制，一般的要求是Tdelay≤Trise/20。此外，针对高频信号，还要考虑走线的谐振规则，一般要求布线长度不得与其波长成整数倍关系，以免产生谐振现象。

走线长度控制

简单来说就是遵循短线规则，在布线时应该让其长度尽可能短，以减小由于走线过长所带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，比如时钟信号，务必让其振荡器尽量靠近器件。对于需要驱动多个器件的情况，应该根据具体情况来决定采用何种网络拓扑结构。

倒角规则

PCB设计中应该避免产生锐角和直角，以免产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。

器件去耦规则

• 在印刷板上增加必要的去耦电容，滤除电源上的干扰信号，使电源信号稳定。在多层板中，对去耦电容的位置一般要求不太高，但对于双层板，去耦电容的位置及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性，有时甚至关系到设计的成败。
• 在双层板设计中，一般应该使电流先经过去耦电容滤波再供器件使用，同时还要充分考虑到由器件产生的电源噪声对下游器件的影响，一般来说，采用总线结构设计比较好，在设计时，还要考虑到远距离传输导致的电压跌落给器件带来的影响，必要时增加一些电源滤波环路，避免产生电位差。
• 在高速电路设计中，能否正确使用去耦电容，关系到整个板子的稳定性。

器件布局规则

• 主要目的是为了防止不同工作频率的模块之间的相互干扰，同时尽量缩短高频部分的布线长度。通常将高频的模块布置在接口周围以减小布线长度，当然，这样的布局仍然要考虑到低频信号可能受到的干扰，同时还要考虑到高频和低频的地平面分割问题，通常考虑将两者的地分割开来，再在接口处单点相连。
• 对于混合电路，有的做法是将模拟电路与数字电路分别布置在印刷板的两面，同时分别使用不同的层来布线，中间用地层来隔离的方式。

孤立铜区控制

孤立铜区的出现，将带来一些不可预知的问题，因此将孤立铜区与别的信号相连接，有助于改善信号质量。通常做法是将孤立铜区接地或者删除，在实际制作中，PCB厂家一般会在空余的地方增加铜箔，这主要是为了方便印刷板加工，同时可以增加印刷板的机械强度，对防止翘曲有一定效果。

电源与地层的完整性

对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，从而形成对平面层的分割，破坏平面层的完整性，进而导致信号线在地层的回路面积增大。

重叠电源与地层

不同的电源层在空间上要避免重叠，主要是为了减少不同电源之间的干扰，特别是一些电压相差很大的电源层。无论如何，电源平面的重叠问题一定要避免，如果空间布置有困难，可以考虑在两个电源层之间安放地层。

3W规则

这个在之前有提到过，3W规则是为了减少线间串扰，要求保证线间距的足够大，当线中心的间距不小于3倍的线宽时，则可保持70%的电场不会互相干扰，如果要保证98%的电场不互相干扰，可以使用10W的间距。

20H规则

由于电源层与地层之间的电场是变化的，在板的边沿会向外辐射电磁干扰，称为边沿效应。有效的解决办法是将电源层内缩，使得电场只在接地层的范围内传导。以一个H（电源层和地层之间的介质厚度）为单位，若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层的边沿内，内缩100H则可以将98%的电场限制在接地层的边沿内。

五五规则

这是印刷板层数的选择依据，即时钟频率达到5MHz或者脉冲上升时间小于5ns时，则PCB板须采用多层板，这是一般的规则，有时候出于成本因素的考虑而采用双层板结构时，最好将印刷板的一面做成完整的地平面层。

以上就是PCB信号完整性设计的一般规则，这些规则在设计初期就应该着重考量，当然在PCB设计评审的时候也要逐一比对，看是否能达到设计的要求。最后还是要再说明一下，信号完整性设计是一个系统工程，设计初期的DFMEA是很有必要的，同时要考虑器件类型、材料形态、电路设计等方方面面，最后还要通过大量的测试验证才能得出一个优秀的产品。