信号完整性入门笔记二--(一些设计电路的问题)及PCB为什么要布线要短?

初探FPGA电路设计

     我以此博客来记录学习中所遇的问题并且总结解决这些问题的方法,现学识尚浅,希望同学们在评论中能积极指正错误,提出改进方法。

 

 

一、上半年在实验室第一次真正意义上的设计电路(其实也是抄别人的原理图,但是毕竟是第一次,我还是很有成就感)并且画PCB板,下面是我实践中碰到的一些问题:

 

 1、我是基于购买的FPGA核心板设计的外扩板,由于FPGA的特殊性,大部分IO引脚可以随意分配,然后我基于此特性就没太考虑引脚分配问题,依据优先走线来给核心板分配引脚;后来跟学长沟通才知,有些时钟引脚很特殊是不能随意分配的,这时候我基本上快画完PCB了,这意味着我前面所做的工作基本没意义(重新布局布线)。

2、盲目抄板的弊端:在设计电源模块的时候我是直接抄别人设计好的原理图,虽说这样省了很多力气,但是响应的会提高整个电路设计的成本;这个扩展板给核心板供电是可以使用5V供电的,但是我当时并没有考虑成本问题就是无脑抄袭,使用了12V外部供电,而整个外扩板最贵的就是那个12V转5V的芯片,还没什么用处。

3、使用开关的时候,注意流通的电流大小,根据电路设计所需电流大小,选择开关类型。大电流一般为船型开关。

4、在购买原材料的时候要注意和客服沟通,以免买到的东西不是最合适的,毕竟多问问没什么坏处。

总结:

学会动脑并在设计过程中发现问题并记下,以免在以后统一购买原材料的时候忘记。认真审核核心板外扩板电源引脚及IO引脚,以免在最后设计的时候出现不必要的麻烦。

二、我想说一下区分高速信号与低速信号对我们实际设计电路的时候有什么实际的意义:

 

先说一下如何大概区分高速与低速信号:

 

六倍的传输线的长度6L与波长(λ=c/7F)的关系,即6L 与 λ=c/7F 的关系 ,若6L大则为高速信号,反之低速。

 

通过这个公式表明我们可以通过减少线长,把信号控制在低速信号的范围之内,这样可以帮助我们在无法做到阻抗匹配的情况下

,尽量保持信号的完整性。通过判断出低速信号在不需要考虑(即波长与传输线相差很大的情况下)减少我们的工作量,可以在

阻抗的问题上节省大量的时间。

这个公式从理论上说明了为什么布线要短的原因之一。

当然还有其他原因--

1、有损传输线

2、传输线的延时

3、临近效应、趋肤效应、表面粗糙度、介质损耗等

 

这些原因我们下次再谈。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

### 关于信号完整性的学习资料 #### 什么是信号完整性信号完整性Signal Integrity, SI)是指在电子系统中,信号经过传输后仍能保持其原始质量和特性的一种能力[^1]。这涉及多个方面,包括信号的幅度、波形形状、间关系以及数据内容的准确性。 #### 为什么信号完整性重要? 信号完整性直接影响电子系统的性能和稳定性。无论是消费类电子产品(如智能手机和平板电脑)、通信设备(如路由器和基站),还是工业控制系统和医疗设备,良好的信号完整性都是确保这些产品正常工作的基础[^2]。 #### 影响信号完整性的主要因素 信号完整性问题通常由以下几个因素引起: - **频率提升**:随着工作频率增加,信号中的高频成分增多,容易受到干扰。 - **上升间缩**:更的上升间意味着更多的高频分量,增加了信号失真的可能性。 - **互连通道不理想**:不良的布线设计可能导致反射、串扰等问题- **供电环境恶劣**:电源噪声会进一步影响信号的质量。 这些问题的根本原因在于信号上升间的减少,因为更快的变化速率引入了更多高频成分,而这些成分更容易与通道发生相互作用并导致畸变[^4]。 #### 推荐的学习资源 以下是针对信号完整性的一些优质学习材料: 1. **Cadence 官方文档** Cadence 提供了一份详尽的技术指南,涵盖了信号完整性和电源完整性的基础知识、常见挑战及其解决方法。这份文档不仅理论扎实,还提供了许多实用的设计技巧,非常适合希望深入了解这一领域的工程师和技术人员。 2. **《High-Speed Digital Design》** 这本书被公认为是高速数字电路设计的经典教材之一。书中详细讨论了如何分析和优化信号路径以改善信号质量,并介绍了各种工具和技术来应对现代电子设计中的复杂情况[^3]。 3. **在线课程平台** 许多教育网站提供专门关于信号完整性的视频教程和互动练习。例如 Coursera 和 Udemy 上都有高质量的相关课程,可以帮助初学者快速入门并逐步掌握高级主题。 4. **技术博客与论坛** 阅读行业专家撰写的文章或者参与专业社区内的讨论也是获取最新动态的好方式。IEEE Spectrum 或者 EDN Network 均为不错的选择,它们经常发布有关新技术进展及最佳实践的内容。 5. **仿真软件手册** 使用EDA(电子设计自动化)工具进行模拟测试是非常重要的环节。熟悉主流仿真器的操作流程及其背后的算法原理有助于更好地理解实际应用过程中的各类现象。 ```python # 示例代码展示简单的Python脚本用于计算PCB走线长度匹配误差范围 def calculate_length_error(max_skew_ps, speed_Gbps): """ Calculate the maximum allowed length mismatch between two traces based on skew tolerance. Parameters: max_skew_ps (float): Maximum allowable time difference in picoseconds. speed_Gbps (float): Data rate of signal transmission in Giga bits per second. Returns: float: Allowed trace length error in millimeters assuming FR4 material properties. """ c = 0.67e8 # Speed of light through PCB substrate approximated as fraction of vacuum value m/s bit_period_s = 1 / (speed_Gbps * 1e9) delta_t_s = max_skew_ps * 1e-12 return abs((delta_t_s / bit_period_s)) * ((c / 2)**(-1)) print(f"Allowed Length Error at {calculate_length_error(10, 5)} mm") ``` 以上示例展示了如何利用编程辅助完成某些特定参数估算任务,在日常工作中可以大大提高效率。 ---
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值