PCB信号完整性探讨

英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page1PCB信号完整性技术探讨英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page21、信号完整性基础2、信号完整性测量技术3、PCB制造与信号完整性英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page3目录1、信号完整性基础1.1信号完整性1.2高速信号和传输线1.3反射1.4阻抗1.5介电常数（Dk）和介质损耗因子（Df）1.6插入损耗的概念英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page4信号完整性（SignalIntegrity,SI）包含由于信号传输速率加快而产生的互连、电源、器件等引起的所有信号质量及延时等问题。1.1信号完整性信号完整性基础1英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page5信号完整性基础1对于高速产品，并没有明确定义，一般认为对损耗有特定要求的产品为高速产品。1.2高速信号和传输线microstripstripline传输线模型时钟频率超过100MHz、数字信号上升时间小于1ns时，长度超过1inch（2.54cm）的互连线表现出传输线特性；其特征为：线路向周围环境辐射能量，介质中的粒子（图中圆圈表示）也会振动吸收能量，产生时延和衰减等。基本传输线种类英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page6信号完整性基础1目前几乎所有高速存储器、服务器、路由器以及很多消费电子产品都具有高传输速率的特性，PCB产业也已迈进高速的方向。1.2高速信号和传输线USB2.0(480Mbps)交换机(1Gbps)基站(2.3Gbps)IEEE1394(B)接口（3.2Gbps）光模块产品（6.25Gbps）高性能光模块（25Gbps）一些高速电子产品和设备及其传输速率英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page7信号传输时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，当这个阻抗不连续时就会将信号的一部分反射回信号源端；Rs1Rs2Rs1≠Rs21信号完整性基础1.3反射Rs1Rs2VfIfViIiVtIt英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page8信号完整性基础11.4阻抗低频或直流情况下阻抗基本等于导体的电阻；高速或高频情况下，主要受趋肤效应影响，信号在导体中传输感受到的阻抗将远大于导体在直流情况下的电阻。圆形导体和方形导体的趋肤效应（红色表示电流密度最大，蓝色表示最小）英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page9信号完整性基础11.4阻抗趋肤深度：δ：趋肤深度μ：磁导率σ：电导率f：频率对于纯铜导线：μ=4πⅹ10-7H/mσ=5.8ⅹ107S/m则在1GHz频率下：δ铜=2.1um即信号的传导仅仅在铜线的表面进行。英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page10信号完整性基础11.4阻抗均匀导体直流电阻计算公式：ρ：电阻率l：导体长度S：导体横截面积R（AC）：高频下的交流阻抗f：工作频率f0：产生明显趋肤效应的临界频率R：该临界频率下的阻抗均匀导体高频阻抗计算公式：交流电阻随频率变化关系英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page11寄生电容：12141.1DDTDCr寄生电感：14ln08.5dhhLD1:焊盘直径D2:反焊盘直径H:过孔长度d:过孔孔径信号完整性基础11.4阻抗：过孔阻抗英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page12信号完整性基础11.5介电常数（Dk）和损耗因子（Df）介电常数（Dk）准确讲应该称为相对介电常数。干燥空气的实际介电常数ε0，数值为8.85pF/m，为方便起见，把这个值设为1pF/m，从而得到其他介质的相对介电常数值（RelativePermittivity），即我们现在常用的介电常数（dielectricconstant）。从信号传输品质的角度来看，介电常数的含义可以理解为介质对电荷的吸附能力，介电常数越大，其对信号的吸附能力越强，可供使用的信号余量便越小。介电能力即相当于容电能力。介电能力对比（左）和线路传输模型（右）英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page13信号完整性基础11.5介电常数（Dk）和损耗因子（Df）损耗因子（Df）即为散失因子（dissipationfactor），表示信号传输时在介质中损失掉的能量（loss），将这个损失掉的能量与未损失的能量（stored）对比时，即得到Df。介质损耗因子与频率的相关性英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page14插入损耗（简称插损，数学描述为S21，或insertionloss）：在二端口网络中，S21定义为从端口2出来的正弦波和从端口1进入的正弦波的比值。信号完整性基础11.6插入损耗的概念端口一端口二入射信号反射信号接收信号简单二端口网络示意图相位差幅度英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page15信号完整性基础11.6插入损耗的概念插入损耗导体热消耗反射介质损耗趋肤效应耦合、串扰辐射介质中粒子振动导致阻抗不连续导线发热能量向环境中发射与邻近传输线干扰作用增加导体阻抗消耗能量英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page16无损传输线是不存在的，通路上的每一个节点都会造成损耗，损耗受控是一个真正的挑战。右图为传输线中主要插入损耗来源于传输的信号频率之间关系示意图信号完整性基础11.6插入损耗的概念英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page17损耗和传输线长度的关系信号完整性基础11.6插入损耗的概念英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字体:宋体首选颜色::R0G0B0备选颜色:R234G87B3Page18目录2、信号完整性测量技术2.1阻抗测试2.2VNA测试2.3SET2DIL测试2.4Dk/Df测试英文标题:20-30pt字体:Arial中文标题:20-30pt字体：宋体加粗首选颜色:R0G0B0备选颜色:R255G255B255英文正文:18-20pt子目录(2-3级):16pt字体:Arial中文正文:18-20pt子目录(2-5级):16-20pt字