通讯与计算机技术的高速发展使得高速PCB设计进入了千兆位领域，新的高速器件应用使得如此高的速率在背板和单板上的长距离传输成为可能，但与此同时，PCB设计中的信号完整性问题(SI)、电源完整性以及电磁兼容方面的问题也更加突出。信号完整性是指信号在信号线上传输的质量，主要问题包括反射、振荡、时序、地弹和串扰等。信号完整性差不是由某个单一因素导致，而是板级设计中多种因素共同引起。在千兆位设备的PCB板设计中，一个好的信号完整性设计要求工程师全面考虑器件、传输线互联方案、电源分配以及EMC方面的问题。高速PCB设计EDA工具已经从单纯的仿真验证发展到设计和验证相结合，帮助设计者在设计早期设定规则以避免错误而不是在设计后期发现问题。随着数据速率越来越高设计越来越复杂，高速PCB系统分析工具变得更加必要，这些工具包括时序分析、信号完整性分析、设计空间参数扫描分析、EMC设计、电源系统稳定性分析等。这里我们将着重讨论在千兆位设备PCB设计中信号完整性分析应考虑的一些问题。高速器件与器件模型尽管千兆位发送与接收元器件供应商会提供有关芯片的设计资料，但是器件供应商对于新器件信号完整性的了解也存在一个过程，这样器件供应商给出的设计指南可能并不成熟，还有就是器件供应商给出的设计约束条件通常都是非常苛刻的，对设计工程师来说要满足所有的设计规则会非常困难。所以就需要信号完整性工程师运用仿真分析工具对供应商的约束规则和实际设计进行分析，考察和优化元器件选择、拓扑结构、匹配方案、匹配元器件的值，并最终开发出确保信号完整性的PCB布局布线规则。因此，千兆位信号的精确仿真分析变得十分重要，而器件模型在信号完整性分析工作中的作用也越来越得到重视。

开发PCB电路板1.布局首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加;过小，PCB电路板生产商则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。(3)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。(2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。(3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。(4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。

(一) 画好原理图很多工程师都觉得layout工作更重要一些，原理图就是为了生成网表方便PCB做检查用的。其实，在后续电路调试过程中原理图的作用会更大一些。无论是查找问题还是和同事交流，还是原理图更直观更方便。另外养成在原理图中做标注的习惯，把各部分电路在layout的时候要注意到的问题标注在原理图上，对自己或者对别人都是一个很好的提醒。层次化原理图，把不同功能不同模块的电路分成不同的页，这样无论是读图还是以后重复使用都能明显的减少工作量。使用成熟的设计总是要比设计新电路的风险小。每次看到把所有电路都放在一张图纸上，一片密密麻麻的器件，脑袋就能大一圈。(二) 好好进行电路布局心急的工程师画完原理图，把网表导入PCB后就迫不及待的把器件放好，开始拉线。其实一个好的PCB布局能让你后面的拉线工作变得简单，让你的PCB工作的更好。每一块板子都会有一个信号路径，PCB布局也应该尽量遵循这个信号路径，让信号在板子上可以顺畅的传输，人们都不喜欢走迷宫，信号也一样。如果原理图是按照模块设计的，PCB也一样可以。按照不同的功能模块可以把板子划分为若干区域。模拟数字分开，电源信号分开，发热器件和易感器件分开，体积较大的器件不要太靠近板边，注意射频信号的屏蔽等等……多花一分的时间去优化PCB的布局，就能在拉线的时候节省更多的时间。

如果阻抗变化只发生一次，例如线宽从8mil变到6mil后，一直保持6mil宽度这种情况，要达到突变处信号反射噪声不超过电压摆幅的5%这一噪声预算要求，阻抗变化必须小于10%。这有时很难做到，以 FR4板材上微带线的情况为例，我们计算一下。如果线宽8mil，线条和参考平面之间的厚度为4mil，特性阻抗为46.5欧姆。线宽变化到6mil后特性阻抗变成54.2欧姆，阻抗变化率达到了20%。反射信号的幅度必然超标。至于对信号造成多大影响，还和信号上升时间和驱动端到反射点处信号的时延有关。但至少这是一个潜在的问题点。幸运的是这时可以通过阻抗匹配端接解决问题。如果阻抗变化发生两次，例如线宽从8mil变到6mil后，拉出2cm后又变回8mil。那么在2cm长6mil宽线条的两个端点处都会发生反射，一次是阻抗变大，发生正反射，接着阻抗变小，发生负反射。如果两次反射间隔时间足够短，两次反射就有可能相互抵消，从而减小影响。假设传输信号为1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V继续向前传输，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假设6mil线长度极短，两次反射几乎同时发生，那么总的反射电压只有0.04V，小于5%这一噪声预算要求。因此，这种反射是否影响信号，有多大影响，和阻抗变化处的时延以及信号上升时间有关。研究及实验表明，只要阻抗变化处的时延小于信号上升时间的20%，反射信号就不会造成问题。如果信号上升时间为1ns，那么阻抗变化处的时延小于0.2ns对应1.2英寸，反射就不会产生问题。也就是说，对于本例情况，6mil宽走线的长度只要小于3cm就不会有问题。

在基于信号完整性计算机分析的PCB设计方法中，最为核心的部分就是PCB板级信号完整性模型的建立，这是与传统的设计方法的区别之处。SI模型的正确性将决定设计的正确性，而SI模型的可建立性则决定了这种设计方法的可行性。目前构成器件模型的方法有两种：一种是从元器件的电学工作特性出发，把元器件看成‘黑盒子’，测量其端口的电气特性，提取器件模型，而不涉及器件的工作原理，称为行为级模型。这种模型的代表是IBIS模型和S参数。其优点是建模和使用简单方便，节约资源，适用范围广泛，特别是在高频、非线性、大功率的情况下行为级模型是一个选择。缺点是精度较差，一致性不能保证，受测试技术和精度的影响。另一种是以元器件的工作原理为基础，从元器件的数学方程式出发，得到的器件模型及模型参数与器件的物理工作原理有密切的关系。SPICE 模型是这种模型中应用最广泛的一种。其优点是精度较高，特别是随着建模手段的发展和半导体工艺的进步和规范，人们已可以在多种级别上提供这种模型，满足不同的精度需要。缺点是模型复杂，计算时间长。一般驱动器和接收器的模型由器件厂商提供，传输线的模型通常从场分析器中提取，封装和连接器的模型即可以由场分析器提取，又可以由制造厂商提供。在电子设计中已经有多种可以用于PCB板级信号完整性分析的模型，其中最为常用的有三种，分别是SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。

PCB布局规则1、在通常情况下，所有的元件均应布置在电路板的同一面上，只有顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等放在底层。2、在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，在一般情况下不允许元件重叠;元件排列要紧凑，元件在整个版面上应分布均匀、疏密一致。3、电路板上不同组件相临焊盘图形之间的最小间距应在1MM以上。4、离电路板边缘一般不小于2MM.电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3.电路板面尺大于200MM乘150MM时，应考虑电路板所能承受的机械强度。PCB设计设置技巧PCB设计在不同阶段需要进行不同的各点设置，在布局阶段可以采用大格点进行器件布局;对于IC、非定位接插件等大器件，可以选用50~100mil的格点精度进行布局，而对于电阻电容和电感等无源小器件，可采用25mil的格点进行布局。大格点的精度有利于器件的对齐和布局的美观。PCB设计布局技巧在PCB的布局设计中要分析电路板的单元，依据起功能进行布局设计，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：1、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。2、以每个功能单元的核心元器件为中心，围绕他来进行布局。元器件应均匀、整体、紧凑的排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。3、在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件并行排列，这样不但美观，而且装旱容易，易于批量生产。