《PCB工艺与设计》课件-项目八：开关电源与特殊电路PCB设计

PCB工艺与设计1.开关电源安规标准污染等级开关电源安规标准污染等级1：无污染或仅存在无影响的干燥非导电性污染。典型场景：设备通常在清洁、干燥的环境中使用，污染物不影响绝缘的性能。应用场景：高精密实验室、无尘室、机房等清洁环境。污染等级2：通常只存在非导电性污染，但偶尔会由于凝露变得短暂导电。典型场景：设备处于较为清洁的环境中，污染物通常不会影响绝缘性能，偶尔可能因为湿度或冷凝而引发短时间的导电性。应用场景：一般办公室环境、家用设备、商业设备等。污染等级3：存在导电性污染物或非导电性污染物因冷凝或湿度变为导电性物质。典型场景：环境中有较多灰尘、湿气、污染物等，可能在正常运行中引发导电问题，且这些污染物会明显降低绝缘性能。应用场景：工厂、户外设备、工业环境等。污染等级4：污染物导致的持久导电性环境。典型场景：设备处于恶劣的工作环境中，污染物是长期导电的，极大降低绝缘能力，设备暴露在导电灰尘、雨水或其他液体中。应用场景：矿井、重工业区域、户外暴露环境、海上设备等。一般的开关电源污染等级可以取2或者是3，在不确定的情况下默认取3即可，其他情况需要具体分析。材料等级开关电源安规标准材料组划分Ⅰ类材料600≤CT1(相比漏电起痕指数)Ⅱ类材料400≤CT1＜600Ⅲa类材料175≤CT1＜400Ⅲb类材料100≤CT1＜175

如果不知道材料的组别，应假定材料为Ⅲb组绝缘等级开关电源安规标准开关电源的绝缘等级主要包括以下几种：1.基本绝缘（BasicInsulation）：这是对带电部分提供的基本保护，防止与外界的接触，确保在正常条件下使用设备时不会

发生触电。2.附加绝缘（SupplementaryInsulation）：在基本绝缘的基础上增加的独立绝缘，用于在基本绝缘失效时提供额外保护，防

止电击。3.双重绝缘（DoubleInsulation）：这是基本绝缘和附加绝缘的结合，提供两层独立的绝缘保护，确保在任何一种绝缘失效时

仍能防止触电。4.加强绝缘（ReinforcedInsulation）：单一的绝缘系统，但其保护效果与双重绝缘相当，提供更高的安全性。5.功能性绝缘（FunctionalInsulation）：这是为了设备正常运行而提供的绝缘，通常不足以防止电击，所以必须与其他类型

的绝缘相结合以确保安全。基本绝缘=附加绝缘=1/2加强绝缘安规标准汇总开关电源安规标准IEC60950-1（已被IEC62368取代）适用范围：信息技术设备（如电脑、服务器、通信设备）。主要内容：保护用户免受电击、过热和火灾等危险。IEC60950-1通过了对设备的电气绝缘、接地、漏电流、绝缘距离等方面的严格要求，涵盖了设备在正常和异常操作条件下的安全防护措施。IEC60950-1（已被IEC62368取代）适用范围：信息技术设备（如电脑、服务器、通信设备）。主要内容：保护用户免受电击、过热和火灾等危险。IEC60950-1通过了对设备的电气绝缘、接地、漏电流、绝缘距离等方面的严格要求，涵盖了设备在正常和异常操作条件下的安全防护措施。IEC61010适用范围：测量、控制和实验室用的电气设备。主要内容：保护用户在使用测量仪器和控制设备时的安全。涵盖的内容包括防止触电、机械伤害、火灾和热伤害等。IEC61558适用范围：电源设备，如隔离变压器、电源适配器等。主要内容：用于控制设备中的安全变压器、电源变压器、保护性隔离变压器等设备的安规标准。关注防止电击、漏电、绝缘失效等问题。安规标准汇总开关电源安规标准IEC60601适用范围：医疗设备。主要内容：医疗设备必须符合的电气安全标准。IEC60601严格规定了电气设备如何避免对患者和操作人员造成危险，特别是关于电击和电磁兼容性（EMC）的要求。应用场景：医疗电源、电动病床、监护仪等医疗器械。IEC60335适用场景：如果你设计的电源用于家用电器或其他一般电子产品，需要遵守IEC60335标准。该标准确保电器设备的用户不会受到电击、过热或机械损伤等危险，尤其对家用设备的电气安全有专门的要求。安规标准分国际标准以及国内标准，以上全为国际标准。在开关电源的应用当中-IEC62368-是最新发布的版本他的之前版本-IEC60950-也是应用场景比较广的版本，在安规标准选取中可以以此为参考，-IEC60335-对于电源也是比较适用的，其他标准的应用场景可能对某类产品有很强的针对性，请根据实际情况进行选择。反激式开关电源安规通用规则开关电源安规标准1）初级侧与次级侧之间：所需绝缘等级：加强绝缘（ReinforcedInsulation）或双重绝缘（DoubleInsulation）应用原因：初级侧连接到交流电网（通常是高电压），而次级侧输出低压。为了防止高电压传导到低压输出端，必须在初级和次级之间提供高强度的绝缘。加强绝缘或双重绝缘可确保即使一层绝缘失效，另一层仍然能提供保护。典型应用：变压器的绕组、光耦隔离等。2）初级侧与外壳或接地部分之间：所需绝缘等级：加强绝缘或基本绝缘（具体根据设计要求）应用原因：为了防止用户接触到初级侧的高压部分，初级侧与接地或外壳之间需要提供加强绝缘。基本绝缘通常用于防止触电。典型应用：PCB板上的隔离槽、绝缘屏蔽等。反激式开关电源安规通用规则开关电源安规标准3）次级侧对地：所需绝缘等级：基本绝缘（BasicInsulation）应用原因：次级侧通常输出低压，但为了防止任何潜在的触电风险，低压输出对地需要进行基本绝缘。典型应用：次级绕组对外壳、对地的绝缘。4）光耦隔离：所需绝缘等级：加强绝缘或双重绝缘应用原因：光耦用于初级与次级之间的信号传输，提供电气隔离。其内部通常需要加强绝缘以保证高压和低压之间的隔离。典型应用：反馈控制电路中光耦与主控制IC之间的隔离。1IEC60335IEC60335安规标准IEC60335安规标准查表目录：额定冲击电压：108页电气间隙：109页爬电间距：113页默认电气间隙和爬电间距计算过程都是基于2000米海拔所得出的数据，如果产品的工作海拔更高就需要根据标准再进行计算额定冲击电压的确定IEC60335获取脉冲电压的步骤：1）确定设备的额定电压：首先需要清楚设备的工作电压（例如220V、380V等）。2）确定设备的过电压类别：I类：敏感设备，如电子设备。II类：常见的家用电器、办公设备。III类：工业设备、配电系统中的设备。IV类：电网基础设施，如电表和主配电设备。考虑海拔修正：如果设备在高海拔环境下运行（通常超过2000米），需要根据标准提供的海拔修正系数调整脉冲电压。示例：以过电压类别II为例，额定电压为220V的设备，通常需要施加2500V的脉冲电压。如果设备工作在较高的海拔（例如3000米），可能需要降低脉冲电压或增加空气间隙。问：为什么需要确定额定冲击电压？

答：获取电气间隙的前提下必须要知道电器的额定冲击电压ratedvoltage：额定电压Ratedimpulsevoltage：额定冲击电压Overvoltagecategory：过电压类别电气间隙的确定IEC60335Ratedimpulsevoltage：额定冲击电压Minimumclearance：最小间隙示例：假设额定冲击电压为2500V，电气间隙为1.5mm基本绝缘=1.5mm附加绝缘=1.5mm加强绝缘=3mm爬电距离的确定IEC60335示例：假设工作电压为210-240V，污染等级为2，材料等级为IIIb，爬电间距为2.5mm基本绝缘=2.5mm附加绝缘=2.5mm加强绝缘=5mmWorkingvoltage：工作电压（电网电压为210v-240v，假设器件额定电压为220v，实际工作电压可能为210-240v，也就是说工作电压可能会比额定电压小或者比额定电压大）Creepagedistance：爬电间距Pollutiondegree：污染等级Materialgroup：材料级别2IEC62368IEC60335安规标准IEC62368安规标准查表目录：额定冲击电压：103页电气间隙：108页爬电间距：113页默认电气间隙和爬电间距计算过程都是基于2000米海拔所得出的数据，如果产品的工作海拔更高就需要根据标准再进行计算额定冲击电压的确定IEC62368获取脉冲电压的步骤：1）确定设备的额定电压：首先需要清楚设备的工作电压（例如220V、380V等）。2）确定设备的过电压类别：I类：敏感设备，如电子设备。II类：常见的家用电器、办公设备。III类：工业设备、配电系统中的设备。IV类：电网基础设施，如电表和主配电设备。考虑海拔修正：如果设备在高海拔环境下运行（通常超过2000米），需要根据标准提供的海拔修正系数调整脉冲电压。示例：以过电压类别II为例，额定电压为220V的设备，通常需要施加2500V的脉冲电压。如果设备工作在较高的海拔（例如3000米），可能需要降低脉冲电压或增加空气间隙。问：为什么需要确定额定冲击电压？

答：获取电气间隙的前提下必须要知道电器的额定冲击电压ACmainsvoltage：交流电源电压（额定电压）Mainstransientvoltageb：市电暂态电压（额定冲击电压）Overvoltagecategory：过电压类别电气间隙的确定示例：假设额定冲击电压为2500V，电气间隙为1.5mm基本绝缘=1.5mm附加绝缘=1.5mm加强绝缘=3mmRequiredwithstandvoltage：要求耐压（额定冲击电压）Basicinsulationorsupplementaryinsulation：基本绝缘或附加绝缘Reinforcedinsulation：加强绝缘Pollutiondegree：污染等级IEC62368电气间隙的确定示例：假设工作电压为210-240V，污染等级为2，材料等级为IIIb，爬电间距为2.5mm基本绝缘=2.5mm附加绝缘=2.5mm加强绝缘=5mmWorkingvoltage：工作电压（电网电压为210v-240v，假设器件额定电压为220v，实际工作电压可能为210-240v，也就是说工作电压可能会比额定电压小或者比额定电压大）Creepagedistance：爬电间距Pollutiondegree：污染等级Materialgroup：材料级别IEC62368PCB工艺与设计2.DCDC开关电源的PCB设计布局布线要点1DCDC开关电源的定义2数据手册的解读3原理图的认识与解读4DCDC开关电源PCB布局的要求5DCDC开关电源PCB布线的要求DCDC开关电源的定义DCDC电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，有降压（Buck）和升压（Boost）两种，其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下:数据手册的解读下载对应的芯片数据手册预先了解DCDC的功率及转换电压范围?对芯片的最大电流进行解读？对DCDC的管脚定义进行了解？是否为高发热量转换芯片？1.下载对应的DCDC芯片数据手册对以下内容进行预先解读LayoutGuide为设计者提供参考布局,是经过验证过的数据手册的解读LayoutGuide如果存在（PCB设计指南），直接基于设计指南来进行设计，尽量不要自己改动设计，否则可能会带来更多繁琐的debug工作及时间成本芯片原厂经过性能验证芯片原厂经过仿真认证芯片原厂经过散热认证芯片远程经过稳定性认证原理图的认识与解读VIN：电源的输入UVLO：欠压锁定管脚，当电源输入电压低于设定的欠压阈值时，欠压锁定功能会立即将电源输出关闭，以免对负载或设备造成损坏PWRGD：输出故障检测管脚，他的作用是提供一个高电平信号来指示系统的电源输出是否正常（如果有故障则会输出低电平信号）RT:频率设置管脚，SYNC：双向同步IO管脚,SYNC引脚是RT引脚浮动或低连接时的输出。输出是与ph的上升沿相反的下降沿信号。当使用RT电阻时，SYNC可以作为输入，通过连接下降沿信号来同步到系统时钟。SSENA:SS/ENA是一个双功能引脚，用来控制芯片的启动和使能功能的，在芯片工作时，软启动功能可以限制输出电压的上升速度，以避免过大的电压涌入和开关瞬态，使能功能可以实现对芯片的输出电压进行启用或禁用，已达到节能或保护的目的VSENSE：控制芯片输出电压误差放大的管脚，用于监控输出电压的电压反馈引脚，它的作用是通过测量输出电压来控制芯片的调节行为，以保持输出电压稳定对芯片管脚的定义可以通过查询Datashet数据手册来进行认识知晓其管脚作用功能，才能更好的对管脚输出信号进行设计处理原理图的认识与解读COMP:误差放大器管脚，用于控制反馈环路的重要管脚，以下是误差放大器管脚的主要作用：1.误差检测：误差放大器通过比较参考电压（通常是一个稳定的参考电压源）与反馈电压（输出电压的采样值）之间的差异，产生一个误差信号，这个误差信号表示输出电压与期望值之间的偏差2.错误放大：误差放大器通过误差信号进行放大，以提供足够的控制信号来调整稳定器的输出，通过调整误差放大器的放大倍数，可以对稳压器的负载和线路参数进行补偿，从而实现更精确的输出电压3.控制环路：误差放大器通过放大后的误差信号与参考电压进行比较，生成一个控制信号，用于调节稳压器的输出，这个控制信号会对稳压器的PWM控制器产生影响，从而实现对输出电压的调整和稳定ANGD:模拟接地,内部连接到敏感的模拟接地电路。连接PGND和PowerPAD。PGND:电源接地,内部接地噪声大。从LSG驱动器输出返回的电流通过PGND引脚返回,连接AGND和PowerPADVBIAS:管脚用于提供内部控制电路所需的偏置电压，VBIAS管脚通过外部电源连接，为芯片内部的控制电路提供所需的工作电压。控制电路包括芯片的启动电路、比较器、错误检测功能等，这些电路需要一个稳定的电压来正常工作。LSG：用于低侧MOSFET的栅极驱动。连接n沟道MOSFET的栅极。PH:（输出管脚)相位节点-连接到外部lc滤波器BOOT:用于提供外部的驱动信号，用于驱动高边开关管的上半桥。BOOT管脚是与PH（高边开关管的源极）管脚配合使用的。POWERPAD:是一个大面积的引脚，主要用于散热和提供电源功率的地原理图的认识与解读输入与输出1）输入主干道2）输出主干道3）反馈路径

4）其他-输出配置电阻电容输入主干道输出主干道及反馈电路1.分析原理图，对原理图信号进行归类原理图的认识与解读输入与输出环路2.电源环路的分析-“心中有环”，“环”指的是有大电流流过的闭合回路等效环路原理图的认识与解读输入与输出环路2.电源环路的分析-“心中有环”，“环”指的是有大电流流过的闭合回路知道这两个环路有什么用呢？我们要让这两个环路的面积越小越好，因为每一个电流环都可以看成是一个环路天线，会产生辐射，会引起EMI问题，也会干扰板上其它的电路，而辐射的大小与环路面积呈正比。电流环所生成的高频磁场会在离开环路大约0.16λ以后逐渐转换为电磁场，由此形成的场强大约为：辐射的大小与环路的面积，频率的平方，电流的大小呈正比。

DCDC开关电源PCB布局的要求1、滤波电容采用先大后小的原则进行排布（注意是Value值不是电容的体积大小），即先放置大电容再放置小电容，电源输入以及电源输出都是如此。（大电容滤波低频干扰，小电容滤波高频干扰），输出电容器尽量靠近电感器放置；2、放置电容时，尽量不要放在不同层，不然会导致纹波与噪声干扰的增加，需要保持在同层设计；3、电感等功率器件尽量放置在同一层，避免打孔换层（过孔会产生寄生电容与寄生电容加了过孔会增加这个环路的电感，导致发生LC振荡。直接的现象就是在SW处产生高振铃，这个高振铃意味着这个环路中，谐振频率的信号分量很强）；4、在摆放器件时，器件布局尽量紧凑，使电源路径尽量短，同时电感可使来自开关节点的辐射噪声最小化，重要程度仅次于输入电容，需要放置在IC的附近处，电感布线布线的铜箔面积不要过大，一般覆盖焊盘即可。CIN电容放在IC背面纹波电压可能会增大

不理想的输入电容布局受过孔和电感的影响噪声会增大

DCDC开关电源PCB布局的要求4、打孔换层的位置须考虑滤波器件位置，布局时应该留有打孔空间（布线时输入应打孔在滤波器件之前，输出在滤波器件之后）；5、布局时注意环路面积环路面积，通过分析原理图的输入和输出回路来确定环路，面积越小辐射强度越小，EMI性能更好；并且在布局时要注意下主回路的布线空间，自己需要做一个预估6、对于输出多路的开关电源尽量使相邻电感之间垂直放置(否则容易导致互感)，大电感和大电容尽量布置在主器件面。DCDC开关电源PCB布局的要求续流二极管要放置在和IC同一层最靠近IC管脚的位置，如果IC引脚到二极管距离过长，由于布线的寄生电感会引起的噪声会叠加到输出上面，续流二极管不要换层打孔，过孔会产生寄生电感与寄生电容，从而产生电源噪声左图为不理想的续流二极管布局，IC管脚离二极管管脚距离较远，这将导致走线寄生电感与寄生电容增加7、注意mos管（续流二极管）的方向，作为续流时，MOS管（续流二极管）应该尽可能靠近IC管脚和电感，然后MOS管（续流二极管）的GND靠近输出的GND，让续流环路面积更小。DCDC开关电源PCB布局的要求8、除了大的电流回路，还有FB，及其他配置的电路这些是小信号电路，所以他们要尽量远离前面大的电流回路，远离电感等。布局采取就近原则布局布局要紧凑布局要满足生产间距要求布局要均匀布局对齐美观DCDC开关电源PCB布线的要求1、布线优先按照Datasheet内示意布置，特别注意地的处理，尽量保持单点接地，于IC下方回流至地，避免开关噪声沿地平面传播2、对于1OZ铜厚，在常规情况下，20mil能承载1A左右电流大小；0.5OZ铜厚，40mil能承载1A左右电流大小，打孔和铺铜时保持裕量。3、0.5mm过孔过载1A电流--经验值，过孔大小计过孔数量的评估，满足载流和压降的要求4、电源输入/输出路径布线采用铺铜处理，铺铜宽度必须满足电源电流大小，输入/输出路径尽量少打孔换层5、打孔换层的位置须考虑滤波器件位置，输入应打孔在滤波器件之前，输出在滤波器件之后。6、铺铜处铜皮与焊盘连接使用十字连接，减少焊接不良现象。电流特别大可使用全连接处理，或对十字处进行铜皮补强，以满足通流能力。DCDC开关电源PCB布线的要求1、计算电流大小：一般原理图会进行标注，如果未标注可以询问硬件工程师或者看数据手册假设3.3V输出的电流为6A，可按照下面方法计算输入电流。电源输入为12V输出为3.3V，能量守恒定律输入功率P(输入)=P（输出）

P=UI

12V*I(输入)=3.3V*I(输出)，由于已知电流输出为6A，可得电流输入为1.655A(理想情况)。因为电源的转换效率不可能做到百分百转换，所以我们实际是需要考虑损耗，假设电源的转换效率为80%，则P(输入)=12v*I(输入)*80%=3.3v*6A可得输入电流大小约等于2.A2、孔数量的选取：一般2个10/20mil的孔可以过1A电流，如果打10/20mil的孔，则电流输出6A电流打孔数量为12个3、线宽大小在外层和内层都是1oz铜厚的情况下表层20mil可以过1A电流内层需要40mil可以过1A电流（虽然内外层铜厚都是1oz，但是外层表面还需要处理。例如电镀，所以表层的最终载流能力会比较强）EDA在线计算工具使用：/forum-307-1.htmlDCDC开关电源PCB布线的要求8、电源出来芯片后还需要通过地平面进行回流，所以地平面的宽度也需要满足电流要求；9、电源如果需要换层进行输入或者输出，对应的过孔大小及数量是否满足载流要求；10、除了大的电流回路，还有FB，补偿电路这些，是小信号电路，所以他们要尽量远离前面大的电流回路，远离电感，续流二极管等噪音源。比如下面，就是左边比右边的好，反馈走线线宽10mil左右，反馈线需要从最后一个滤波器件后方进行取电。DCDC开关电源PCB布线的要求11、PCB的铜箔虽然有助于散热，但因为厚度不够，超过一定面积就无法得到与面积相当的散热效果。利用基板散热是通过基板的板材（底层扇热焊盘处进行开窗处理）实现的，使用散热过孔，能够有效地将热传递到基板的另一面并大幅降低热阻，若有需要还可在，增加扇热能力；12、扇热焊盘处所的过孔间隙处所有层不能有信号线穿过；13、电感若为屏蔽型电感则不需要挖空铜皮，若为非屏蔽型电感需要把电感中间的铜皮挖掉（分辨两种电感的方法看实物能否之间看到线圈）14、电源输出节点要以最小面积处理大电流，防止铜箔面积变大会起到天线的作用，使EMI增加。PCB工艺与设计3.高速、高频电路区分与阻抗匹配1什么时候高速信号？什么是高频信号？2阻抗基本概念及阻抗对信号的影响3影响阻抗的因素有哪些4常见阻抗模型分析5如何实现阻抗计算什么是高频信号？什么是高速信号？高频信号：高频信号指的是频率较高的电信号。频率是信号每秒钟周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。高频信号通常指的是频率在几十兆赫兹（MHz）到几十G赫兹（GHz）甚至更高频率范围的信号。在电子学中，高频信号常用于无线通信、雷达系统、卫星通信等领域。高速信号：高速信号则是指在单位时间内传输大量数据的信号。这个概念更多的与信号的传输速率有关，而不仅仅是频率。高速信号通常涉及到数字信号，如在计算机数据传输、高速网络通信（如以太网）、高速串行通信接口（如USB、HDMI、PCIe）等领域。高速判定：当信号上升沿时间小于2-6倍信号传输延时，我们可以判断其为高速信号。什么是高频信号？什么是高速信号？如何界定高速信号？如何判断是否是高速信号：当信号上升沿时间小于2-6倍信号传输延时，我们可以判断其为高速信号。这里面信号的上升时间可以通过IBIS模型或是数据手册获取（通常信号的上升时间取电平幅度值从10%上升到90%的时间范围，在IBIS模型中给出的上升时间取的是电平幅度变化值的20~80%）。而传输延时则可以按照总长度除信号传播速度进行计算，传输速度简易近似值约为V=C/sqrt(4)=6000mil/ns。比如：某信号上升沿时间Tr=0.2ns，信号传输长度为2000mil，请判断此信号为是否为高速信号？经换算信号传输时延Tpd=2000/6000ns=1/3ns，此时Tr<(1/3ns)*(2-6倍)，所以此信号为高速信号。什么是高频信号？什么是高速信号？高频信号通常只有一条，高速信号通常是指多条时序和频率要求较高的信号：高速信号：传输速率比较高的数字信号，高速信号指上升沿特别快的方波。高频信号：高频信号一般指正弦波，频率高不高看周期在数字系统里面，主要考虑二进制比特的速率，所以一般以传输的比特率的高低来衡量数字信号的特性，高速信号也就提得较多。在模拟系统里面，由于这样那样的因素，不管是低频还是射频甚至微波，调制信号用的载波基本都是正弦波，可以直接用频率衡量，所以高频信号这个名词就很常见。这两个专业名词,必须要在各自的领域范围内讨论,才会有它的实际意义。高频信号和高速信号之间的联系?—频率变高时，对应的建立保持时间也会随之改变，为了保证足够的有效信号宽度，上升、下降时间也会随之变小—例如100MHZ的信号，上升下降时间分别为1nS,那么有效信号宽度是10-1-1=8nS，如果频率上升到200MHZ，如果不减小上升下降时间的话信号宽度仅剩5-1-1=3nS高频==高速?―不尽然，但是频率升高会带来高速问题，是充分条件而非充要条件―不能仅仅从频率上判断是否是高速信号，而应该分析其包含的高频分量，其实就是边沿速度。两者在设计电路和系统时需要考虑的因素也不同，高频信号更注重信号的频率特性和电磁兼容性，而高速信号则更关注信号的完整性、时序和传输效率。什么是传输线：传输线是由两条有一定长度的导线组成，一条是信号传播路径，另一条是信号返回路径，信号从发射端产生，经过信号路径到达负载，再从负载沿着参考路径回到发射端，构成一个回路。简单来说，传输线就是能够传输信号的连接线。比如电源线、视频线、USB连接线、PCB板上的走线等等，都可以称之为传输线。当传输线上传输是低频信号时：假设是1KHz，那么信号的波长就是300公里(假设信号速度为光速)，即使传输线的长度有1米长，相对于信号来说还是很短的，对信号来说传输线可以看成短路，传输线对信号的影响是很小的。当传输线上传输是高频信号时：假设信号频率提高到300MHz，信号波长就减小到1米，这时候1米的传输线和信号的波长已经完全可以比较，在传输线上就会存在波动效应，在传输线上的不同点上的电压电流就会不同。在这种情况下，我们就不能忽略传输线对信号造成的影响。传输线相对信号来说就是一段长线，我们要用长线传输线的理论来解决问题。平行传输线什么是高频信号？什么是高速信号？传输线的概念什么是信号完整性？为什么研究信号完整性？信号完整性（SignalIntegrity，简称SI）：是电子设计中的一个关键概念，它指的是在高速数字电路中，信号在传输过程中保持其完整性和准确性的能力。信号完整性的核心在于保证信号在传输路径上的质量，包括电压和电流波形的稳定性。在低速电路中，由于信号的频率较低，互连线对电信号的影响较小，因此信号完整性问题并不显著‌。相比之下，高速信号由于频率较高，互连线对电信号的影响较大，容易导致波形畸变，因此在判断一个信号是否会遇到SI相关问题的时候，首先是要确定这个信号算不算高速信号。通常所说的信号完整性一般包含两个方面：1）信号的传输：如何优化信号的传输路径使接收端的芯片能够获得正确的波形；2）电源的供应：如何为芯片稳定工作提供稳定、低噪声的电源，即电源完整性（PI）。当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题。信号完整性分析说得直白一些，就是研究如何让驱动芯片发出的信号经过传输通道被接收芯片正确接收的学问。信号完整性包含了三个要素：信号：是被传输的主体，我们首先要了解、熟悉信号的特性。芯片：分为驱动芯片和接收芯片，满足信号完整性的要求就是要实现信号在驱动芯片和接收芯片之间的正确传输。传输通道：是传输信号的介质，是信号所走的“路”。如何保证信号正确传输呢，就要为信号“修好路”、“搭好桥”。阻抗基本概念什么是阻抗？为什么需要阻抗匹配？什么是阻抗？阻抗是表示电路阻碍电流通过能力的量，阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。在有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，单位是Ω（欧姆）。阻抗的实部称为电阻，虚部称为电抗，包括容抗和感抗。在纯电阻电路中，阻抗是实数且与频率无关；而在含有电感、电容的电路中，阻抗是复数且与频率有关‌，所以在一般主要是高速电路中关注阻抗。为什么需要阻抗匹配？●调整负载功率假定激励源已定，那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。对于一个理想化的纯电阻电路或者低频电路，由电感、电容引起的电抗值基本可以忽略，此时电路的阻抗来源主要为电阻。●抑制信号反射当一束光从空气射向水中时会发生反射，这是因为光和水的光导特性不同。同样，当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。波长与频率成反比，低频信号的波长远远大于传输线的长度，因此一般不用考虑反射问题。高速领域，当信号的波长与传输线长处于相同量级时反射的信号易与原信号混叠，影响信号质量。通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射。阻抗基本概念什么是阻抗？为什么需要阻抗匹配？高速领域中，信号频率对PCB走线的阻抗值影响非常大。一般来说当数字信号边沿时间小于1ns或者模拟信号频率超过100M时就要考虑阻抗问题。PCB走线阻抗主要来自寄生的电容、电阻、电感系数，主要因素有材料介电常数、线宽、线厚乃至焊盘的厚度等。PCB阻抗的范围是25至120欧姆，USB、LVDS、HDMI、SATA、MIPI等一般要做85至100欧姆阻抗控制。从PCB制造角度，影响阻抗和关键因素：线宽（w）线距（s）铜厚（t）介质厚度（h）介质常数（Er）阻焊厚度（c）阻抗匹配‌是指在‌传输线上，信号源内阻与传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或者传输线的特性阻抗与负载阻抗大小相等且相位相同。其主要目的是确保‌高频信号能够顺利传输至负载点，减少信号反射，提高信号传输质量，并提升‌能源效益。阻抗基本概念影响阻抗的关键因素介质厚度H：是影响阻抗值的最主要因素，增加介质厚度可以提高阻抗，降低介质厚度可以减小阻抗；不同的半固化片有不同的胶含量与厚度.其压合后的厚度与压机的平整性、压板的程序有关；介电常数（Er）：增加介电常数，可减小阻抗，减小介电常数可增大阻抗，介电常数主要是通过材料来控制。不同板材其介电常数不一样，其与所用的树脂材料有关：FR4板材其介电常数为3.9—4.5,线路到参考平面距离：距离增大，阻抗增大线宽（w）：增加线宽，可减小阻抗，减小线宽可增大阻抗。线宽的控制要求在+/-10％的公差内，才能较好达到阻抗控制要求铜厚（t）：减小线厚可增大阻抗，增大线厚可减小阻抗；线厚可通过图形电镀或选用相应厚度的基材铜箔来控制。相邻线间距（针对差分）：间距增大，阻抗增大绿油厚度：厚度增加，阻抗变小，印上阻焊会使外层阻抗减少。正常情况下印刷一遍阻焊可使单端下降2欧姆，可使差分下降8欧姆，印刷2遍下降值为一遍时的2倍，当印刷3次以上时，阻抗值不再变化。常见的阻抗计算模型介绍外层和内层单端50欧姆1、单端阻抗模型：单端阻抗是特性阻抗的一种，它是指电路中单个信号线的阻抗。在单端传输中，信号通过单个信号线进行传输。2、差分阻抗模型：差分信号线结构用于控制阻抗，驱动端输入极性相反的两个信号波形，由两根差分线传送，接收端减法处理，这种方式在高速数模电路中用于提升信号完整性和抗噪声干扰。3、共面阻抗模型：共面阻抗是信号线在GND/VCC间传输时的测试阻抗，共面波导是高频和微波电路中常见的平面结构导体线路。共面阻抗与波导的几何形状、导体宽度、介质参数等因素有关，通过调整这些因素可以控制电磁波在共面波导中的传播特性。共面阻抗的大小决定了电磁波在共面波导中的传播特性。外层和内层差分100欧姆共面阻抗模型外层差分为例常见的阻抗计算模型介绍外层单端阻抗模型外层差分阻抗模型H1:介质厚度

Er1:介电常数

W1:阻抗线底部宽度W2:阻抗线顶部宽度

H1:介质厚度

W2:阻抗线顶部宽

T1:成品铜厚

C2:铜皮或走线上的阻焊厚度

CEr:阻焊的介电常数Er1:介电常数

W1:阻抗线底部宽度S1:阻抗线间距C1:基材的阻焊厚度C3:基材上面的阻焊厚度T1:成品铜厚C1:基材的阻焊厚度

C2:铜皮或走线上的阻焊厚度CEr:阻焊的介电常数常见的阻抗计算模型介绍内层单端阻抗模型内层差分阻抗模型H1:介质厚度

Er1:介电常数H2:介质厚度

Er2:介电常数H3:介质厚度

Er3:介电常数W1:阻抗线底部宽度

W2:阻抗线顶部宽度T1:成品铜厚注意：H1、H2、H3的不同点：当芯板与半固化片厚度不等时，H1、H2、H3值的填写正确与否就很重要。H1:介质厚度

Er1:介电常数H2:介质厚度

Er2:介电常数H3:介质厚度

Er3:介电常数W1:阻抗线底部宽度

W2:阻抗线顶部宽度S1:阻抗线间距

T1:成品铜厚注意：H1、H2、H3的不同点：当芯板与半固化片厚度不等时，H1、H2、H3值的填写正确与否就很重要。常见的阻抗计算模型介绍H1:介质厚度Er1:介电常数W1:阻抗线底部宽度W2: