[恒成和電路板]

雖然不少人對高速可能有了一點(diǎn)概念性的認(rèn)識，但往往難以想象在所謂的“高速”情況下，會真正給實(shí)際的電路系統(tǒng)帶來什么樣的后果，這里我舉幾個(gè)實(shí)際的案例來剖析一下高速給PCB設(shè)計(jì)帶來的一系列問題。

A.某公司早期開發(fā)的一個(gè)產(chǎn)品，一直工作良好，可是最近生產(chǎn)出來的一批卻總是毛病不斷，受到許多客戶的抱怨。可是根本沒有對設(shè)計(jì)進(jìn)行任何變動(dòng)，連使用的芯片也是同一型號的，原因是什么呢？

B.某個(gè)PCB工程師Layout經(jīng)驗(yàn)非常豐富，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品很少出過問題，但最近設(shè)計(jì)了一塊PCB板，卻發(fā)現(xiàn)了EMC檢測不合格的問題，改變布線也毫無效果，但以前類似的板子卻沒有這樣的問題。C.一個(gè)專業(yè)的內(nèi)存模塊設(shè)計(jì)工程師，從EDO內(nèi)存到SDRAM的PC66,PC100，設(shè)計(jì)過很多項(xiàng)目，很少出現(xiàn)問題，可是自從內(nèi)存時(shí)鐘頻率上到133MHz以上時(shí)，幾乎很少有設(shè)計(jì)能一次性通過的。簡單分析一下上面的幾個(gè)案例，A的情況是由于芯片的工藝改進(jìn)造成的，雖然所使用的芯片基本電路功能一樣，但隨著的IC制造工藝水平的提高，信號的上升沿變快了，于是出現(xiàn)了反射、串?dāng)_等信號不完整的問題，從而導(dǎo)致突然失效；B例子中，通過細(xì)致地檢測，最終發(fā)現(xiàn)是PCB板上有兩個(gè)并排平行放置的電感元件，所以產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的EMI；

C中的內(nèi)存設(shè)計(jì)師則是因?yàn)楹鲆暳藝?yán)格的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)要求，在頻率提高、時(shí)序要求更嚴(yán)格的情況下，非單調(diào)性和時(shí)鐘偏移等問題造成了設(shè)計(jì)的內(nèi)存模塊無法啟動(dòng)。除了以上提到的三個(gè)實(shí)例，還有很多其他的問題，比如因?yàn)殡娙菰O(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致電源電壓不穩(wěn)而無法工作，數(shù)模接地不正確產(chǎn)生的干擾太嚴(yán)重使得系統(tǒng)不穩(wěn)定等等。

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，類似于以上的各種問題層出不窮，而且可以預(yù)見，今后還會出現(xiàn)更多的這樣或那樣的問題。所以，了解信號完整性理論，進(jìn)而指導(dǎo)和驗(yàn)證高速PCB的設(shè)計(jì)是一件刻不容緩的事情。

傳統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)一般經(jīng)過原理圖設(shè)計(jì)、布局、布線、優(yōu)化等四個(gè)主要步驟，由于缺乏高速分析和仿真指導(dǎo)，信號的質(zhì)量無法得到保證，而且大部分問題必須等到制板測試后才能發(fā)現(xiàn)，這大大降低了設(shè)計(jì)的效率，提高了成本，顯然在激烈的市場競爭下，這種設(shè)計(jì)方法是很不利的。于是，針對高速PCB設(shè)計(jì)，業(yè)界提出了一種新的設(shè)計(jì)思路，稱為“自上而下”的設(shè)計(jì)方法，這是一種建立在實(shí)時(shí)仿真基礎(chǔ)上優(yōu)化的高效設(shè)計(jì)流程，見圖1-1-1：從上面的流程圖可以看到，高速的PCB設(shè)計(jì)在完成之前，經(jīng)過多方面的仿真、分析和優(yōu)化，避免了絕大部分可能產(chǎn)生的問題，如果依托強(qiáng)大的EDA仿真工具，基本上能實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)即正確”目的。

在整個(gè)高速設(shè)計(jì)過程中，信號完整性工程師必須貫穿于設(shè)計(jì)的始終，Cadence公司的首席顧問DonaldTelian曾給信號完整性工程師歸納了七點(diǎn)作用：

研究和定義（pioneeringanddefining）

分類和總結(jié)（Partitioning和Approximating）

建模和測量（ModelingandMeasuring）

設(shè)計(jì)和優(yōu)化（Designingandoptimizing）

量化和驗(yàn)證（Quantifyingandverifying）

減少和簡化（Reducingandsimplifying）

聯(lián)系和調(diào)試（CorrelatingandDebugging）

對于以上這七大作用的詳細(xì)闡述，可以參見1997high-performancesystemDesignConference上DonaldTelian的原稿。

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