硬件进阶篇-层叠结构

前言

这是进阶篇的第一篇文章，设计到高速信号，现在基本都要求四层板及其以上了

高速信号的重要方面

• 叠层设计
• 阻抗匹配
• 信号协议
• 模数分离

模数分离由单点接地与多点接地引出，会在下一章进行具体学习

信号完整性

概念：信号在传输过程中能够保持原有形态，准确的到达目标设备。

分析方法

• 建模和仿真，实际电路测试
• 电磁仿真和电路仿真

基础知识

• 时域和频域的信号

  • 周期
  • 上升时间
  • 频谱
  • 带宽
  • 傅里叶变换

• 阻抗

  • 阻抗对信号完整性的影响（阻抗不连续，地弹，电源轨道塌陷）
  • 构成阻抗的因素（基本的理想元件与实际元件，寄生参数）

• 传输线（主要）

  • 传输线模型（无损传输线，有损传输线）
  • 传输线特征阻抗（双绞线同轴电缆，微带线，带状线）
  • 阻抗匹配与反射
  • 串扰
  • 损耗与衰减
  • 差分线

三大研究领域

微带线与带状线

微带线（一面介质，一面空气）
带状线（两面介质）

回流路径

最小阻抗原则

层叠设计基本原则

• S(信号层)
• G(地层，最优参考层)
• P(电源层，次优参考层)

1.每个信号层要有比较好的参考面
2.电源层与地层应耦合在一起
3.信号层不要相邻，不要平行走线，防止信号串扰

【PCB_四层六层八层叠层经典设计方案】 https://www.bilibili.com/video/BV1oH4y1V7zA/?share_source=copy_web&vd_source=bae7f44ac8b5e1669726b9f5e7d214b6

四层板方案设计

首选方案：S1,G,P,S2

六层板方案设计

首选方案：S2,G,S1,P,G,S3

方案1，电磁与地平面的耦合不好
方案2，TOP与BUTTON层参考不好

八层板方案设计

首选方案：S4,G,S1,P,G,S2,G,S3

接地

单点接地与多点接地

串联接地会发生信号串扰，并联接地会使接地线过多

混合接地指的不是单点接地和多点接地混合用，混合接地有两种情况，
1，用电容把两个地连接起来，在高频时电容相当于导线，也就是多点接地，低频时电容相当于断开，也就是单点接地。
2，用电感链接两个地，高频时断开相当于单点接地，低频时短接相当于多点接地，这样才是混合