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AN 224: 高速电路板布板指南 AN-224-1.2 Application Note 引言 随着器件引脚密度和系统频率的增大，印刷电路板(PCB)布板越来越复杂。成功的高速 电路板应能够高效的集成器件和其他模块，避免出现与高速I/O 标准相关的信号传输问 题。Altera®器件具有高速I/O 引脚，支持多种高速特性，边沿速率不到一百皮秒，因 此，要实现成功的设计，需要： ■所有器件进行电源滤波，均匀分配电源，降低系统噪声。 ■匹配信号线，减小信号反射。 ■降低并行走线之间的串扰 ■减小地反弹效应 ■阻抗匹配 本应用笔记讨论以下问题，为使用Altera 器件高效实现成功的电路板设计提供指南： ■材料选择 ■传输线 ■布线方法，以降低串扰，维持信号完整性。 ■匹配方法 ■同时开关噪声(SSN) 同步开关噪声 ■其他具体的FPGA 电路板设计和信号完整性技巧 材料选择 取决于PCB 介质构成材料，较快的边沿速率会带来噪声和串扰。介质材料的相对介电 常数(εr)与均匀介质中反向电荷的引力(即，公式1)相关。 公式1： AN-224-1.2 其中，Q1 ，Q2 = 电荷，r = 电荷间的距离(m)，F =力(N)，ε= 介电常数(F/m) 每一PCB 基底都有不同的相对介电常数。相对介电常数是相对于真空的介电系数(即， 公式2) 。 公式2 ： 其中，εr = 相对介电常数，εo = 真空介电常数(F/m) ，ε= 介电常数(F/m)。 相对介电常数是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样两块板之间以真 空为介质时的电容量之比。相对介电常数影响传输线的阻抗，信号在εr 较小的介质中 传输时速度较快。 当高频信号在PCB 上从驱动器沿较长的传输线传输到接收器时，介质材料的损耗因数 对信号的影响非常大。较大的损耗因数意味着较高的介质吸收。损耗因数较大的材料会 影响长传输线上的高频信号。介质吸收增大了高频衰减。表1 列出了FR-4 和GETEK 材料的损耗因数。 PCB 最常用的介质材料是FR-4 ，它采用了环氧树脂玻璃叠层，可满足多种工艺条件要 求。FR-4 的εr 在4.1 和4.5 之间。GETEK 是另一种可以用于高速电路板的材料。GETEK 由环氧树脂(聚苯醚)构成，εr 在3.6 和4.2 之间。 表 1. FR4 和 GETEK 材料的损耗因数 生产商 材料 损耗因数 GE Electromaterials GETEK 0.010 @ 1 MHz Isola Laminate Systems FR-4 0.019 @ 1 MHz 传输线 传输线是一种具有分布式电阻(R)、电感(L)和电容(C)的走线。有两类传输线布局： ■微带 ■带状线 August 2009 Altera Corporation AN-224-1.2 图1 所示是一种微带布局，走线在PCB 的顶层和底层，只有一个电压参考平面(即，电 源或者GND) 。图2 所示是一种带状线布局，走线在PCB 内层，有两个电压参考平面(即， 电源以及GND) 。 图1.微带传输线布局 注释(1) 图2.带状传输线布局 注释(2) 图1 和图2 的注释： (1) W = 走线宽度，T = 走线厚度，H = 走线和参考平面之间的高度。 (2) W = 走线宽度，T = 走线厚度，H = 走线和两个参考平面之间的高度。 阻抗计算 PCB 上的任何电路走线都有其特征