高速PCB的诞生与发展

如前几篇博客中所述，“高速PCB”在我们的行业中几乎无处不在。而且，正如所引用的，我们总是说，无论最终产品或实施方案如何，凭借其中的IC技术，每个PCB都是高速的。几年前，我们开始说重要的是元件的边缘速率，或者更具体地说，元件边缘和电路板之间的互连。这实际上就是我们如何找到我们的业务名称Speeding Edge。它是PCB上元件互连所表现出的“前沿”和“高速边缘速率”这两个术语的融合。

值得重新审视“高速”一词的演变意味着什么。多年来它是如何变化的。本文将讨论高速PCB的历史，当我们说PCB器件是高速时我们的真正含义以及一些不适当地应用于高速PCB设计过程的经验法则。还将讨论有关高速设计原理信息的宝贵资源。

高速PCB的诞生与发展

高速PCB实际上已存在很长时间时间可以追溯到由IBM和Cray等公司设计和制造的大型计算机。但相对于PCB行业的其他部分而言，这是一个相当孤立的利基市场。对于世界其他地区而言，高速成为80年代早期关注的问题，当时TTL足够快，路径变长。这就是我们如何在信号完整性方面定义高速度;当信号路径相对于上升时间较长时，PCB是高速的，当信号从开放端反射并导致问题时，路径变长。

在精确数学方面，如果上升时间是一个纳秒，每个3“或更长的路径都会因为反射而失败。注意：3“= 7.5厘米，6”= 15厘米。通过找出路径的速度，将上升时间转换为长度。在PCB中，这相当于每纳秒6“。这是起点。并且，发生的频率或时钟频率对决定没有影响。

正如Speeding Edge总裁兼创始人Lee Ritchey所说：“我看到设计失败了在“上电”复位线上。打开电源时会发生这种情况。人们会认为这是非关键性的，因为它并不经常发生。世界有这种基于时钟频率快速判断的习惯，这就是他们遇到麻烦的地方。 “

作为一个例子，几年前我们麻烦了一个失败的脉搏血氧仪。设计该产品的公司确定该产品“慢”，因为它具有1MHz的时钟。但它不起作用，因为设计的内存部分上升时间为350皮秒。

那么我们现在在哪里？我们从美光科技公司看到的最后一个存储器组件数据表明，慢速边缘为100皮秒，标称边缘为50皮秒。没有指定快速边缘。如果我们以纳秒开始，则慢边缘是1/10，这意味着对于慢边缘，长度为3/10英寸的路径可能会出现反射失败。在这种情况下，没有产品在时钟频率下也不会很快。

当他们认为产品设计师因为他们的最终产品实现不是“快”时，他们仍然遇到麻烦，这意味着产品速度不高。而且，人们往往会犯错误的地方有五个。其中包括：

不遵循信号完整性规则。这包括不控制阻抗，不使用适当的终端并使用应用笔记作为设计指南。失败设计的许多借口都以“我遵循应用说明，产品不起作用”开头。（许多应用笔记不包含有效的信号完整性建议。）

有很多技术产品创意来自那些不了解技术

规则的人。在过去的30年里，有许多产品创意源于计算机科学工程师，他们没有接受任何信号完整性培训。

抓住一堆规则 - 但是，如前几篇文章中所述，在高速设计中，最大和最大的一部分，并将它们应用于设计过程而不了解事情是如何运作的。

今天的关键挑战是设计一个功能正常的PDS。

糟糕的规则

当涉及到高速设计考虑时，一些最大的问题源于使用没有良好工程实践基础的经验法则。与高速PCB设计相关的三个最常见的是：

20H规则

3W规则

拼接过孔规则

20H规则

20H规则是一个一组起源于90年代初期的十几条规则。该规则声称，如果您将Vdd从地平面凹陷的距离为分离的20倍或“H”（代表两个平面之间的高度），则会降低EMI。这个规则在两个不同的大学由构建测试板的学生进行测试，以辨别规则的验证。一个测试板使用Vdd构建，地平面是齐平的，而另一个是使用20H规则构建的。用RF发生器激励平面对，并用近场探头检查以确定是否有任何EMI从边缘逸出。所学到的第一件事是，逃逸的辐射量非常小，不会引起EMI问题。此外，当施加20H规则而Vdd和地平面是齐平时，确实逃逸的小辐射更糟。有关这些测试的论文是本文末尾的参考文献2和3。

3W规则

此规则基于另一个任意决定，指出为了控制在同一层上路由的并行跟踪之间的串扰，跟踪之间的最小间距应保留3W的中心。要记住的是串扰不是迹线宽度的函数。相反，它是信号线或平行移动的轨迹之间不需要的相互作用（也称为耦合），它是两件事的函数：

这两者之间有多远边缘？

最近平面上方的迹线有多高？

确定这两个因素的唯一方法是通过使用模拟器。这是一个非常直接的分析，需要大约两分钟才能完成。但是，重要的是要注意，除非您知道受害线在耦合噪声方面能够承受多少，否则您无法开始分析过程。

拼接过孔

正如我在关于保护痕迹（Guard Traces：Hit或Myth？）的博客中所指出的，据称缝合过孔控制串扰并且是电磁场的屏障。通过在两条其他迹线之间放置一条保护线，然后定期将一条通孔从迹线放到下面的地平面来实现拼接过孔。事实是，如果为了产品的运行需要使用拼接过孔，那么今天的互联网产品 - 服务器，桥接器和路由器都不能制造出来。在机械方面，根本没有足够的空间来分隔这些产品中的数千条痕迹。

正如Lee Ritchey所说，“我发现每一条有效的规则都有一个直截了当的证据。如果引用该规则的人不能提供证据，你就不应该使用它。“

那种正确的信息

其中一个挑战我们在行业中面临的是各种公共领域（贸易出版物，互联网，“所谓的”专家的书籍）中流传的大量不良信息。真正的挑战是，在这些信息资源中，有时最终会有大量信息是正确的，但却与非信息资源配对。困难在于辨别您可以信任的信息和您不能信任的信息。

有两个非常好的信息论坛可用，其中包含有效的设计规则：IEEE论坛数据库和SI-LIST反射器。 SI-List于1994年启动，其中30名成员包括章程电子邮件列表。通过它，工程师可以发布问题，回答问题，参与辩论或听取“喋喋不休”。

IEEE提供对出版物，会议，技术标准以及专业和教育活动的访问，以促进工程学科的进步。可以作为工程专业人员或学生加入IEEE。

凭借其中的技术，今天设计的每一块PCB都是高速的。了解高速是什么以及哪些信息构成有效的高速设计方法将确保您创建的产品能够在第一时间正常工作。

参考文献

Ritchey，Lee W.和Zasio，John J.，“正确的第一次，关于高速PCB和系统设计的实用手册，第1卷和第2卷。”

“20-H规则和屏蔽过孔对印刷电路板电磁辐射的影响”，IEEE学生会员Huabo Chen和IEEE部门高级会员Jiayuan Fang