通訊與計算機技術的高速發展使得高速PCB設計進入了千兆位領域，新的高速器件應用使得如此高的速率在背板和單板上的長距離傳輸成為可能，但與此同時，PCB設計中的信號完整性問題(SI)、電源完整性以及電磁兼容方面的問題也更加突出。信號完整性是指信號在信號線上傳輸的質量，主要問題包括反射、振蕩、時序、地彈和串擾等。信號完整性差不是由某個單一因素導致，而是板級設計中多種因素共同引起。在千兆位設備的PCB板設計中，一個好的信號完整性設計要求工程師全面考慮器件、傳輸線互聯方案、電源分配以及EMC方面的問題。高速PCB設計EDA工具已經從單純的仿真驗證發展到設計和驗證相結合，幫助設計者在設計早期設定規則以避免錯誤而不是在設計后期發現問題。隨著數據速率越來越高設計越來越復雜，高速PCB系統分析工具變得更加必要，這些工具包括時序分析、信號完整性分析、設計空間參數掃描分析、EMC設計、電源系統穩定性分析等。這里我們將著重討論在千兆位設備PCB設計中信號完整性分析應考慮的一些問題。高速器件與器件模型盡管千兆位發送與接收元器件供應商會提供有關芯片的設計資料，但是器件供應商對于新器件信號完整性的了解也存在一個過程，這樣器件供應商給出的設計指南可能并不成熟，還有就是器件供應商給出的設計約束條件通常都是非常苛刻的，對設計工程師來說要滿足所有的設計規則會非常困難。所以就需要信號完整性工程師運用仿真分析工具對供應商的約束規則和實際設計進行分析，考察和優化元器件選擇、拓撲結構、匹配方案、匹配元器件的值，并最終開發出確保信號完整性的PCB布局布線規則。因此，千兆位信號的精確仿真分析變得十分重要，而器件模型在信號完整性分析工作中的作用也越來越得到重視。

開發PCB電路板1.布局首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加;過小，PCB電路板生產商則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后.再確定特殊元件的位置。最后，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則：(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。(2)某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。(3)應留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根據電路的功能單元.對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則：(1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。(2)以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。(3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀.而且裝焊容易.易于批量生產。(4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。

(一) 畫好原理圖很多工程師都覺得layout工作更重要一些，原理圖就是為了生成網表方便PCB做檢查用的。其實，在后續電路調試過程中原理圖的作用會更大一些。無論是查找問題還是和同事交流，還是原理圖更直觀更方便。另外養成在原理圖中做標注的習慣，把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標注在原理圖上，對自己或者對別人都是一個很好的提醒。層次化原理圖，把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁，這樣無論是讀圖還是以后重復使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設計總是要比設計新電路的風險小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上，一片密密麻麻的器件，腦袋就能大一圈。(二) 好好進行電路布局心急的工程師畫完原理圖，把網表導入PCB后就迫不及待的把器件放好，開始拉線。其實一個好的PCB布局能讓你后面的拉線工作變得簡單，讓你的PCB工作的更好。每一塊板子都會有一個信號路徑，PCB布局也應該盡量遵循這個信號路徑，讓信號在板子上可以順暢的傳輸，人們都不喜歡走迷宮，信號也一樣。如果原理圖是按照模塊設計的，PCB也一樣可以。按照不同的功能模塊可以把板子劃分為若干區域。模擬數字分開，電源信號分開，發熱器件和易感器件分開，體積較大的器件不要太靠近板邊，注意射頻信號的屏蔽等等……多花一分的時間去優化PCB的布局，就能在拉線的時候節省更多的時間。

如果阻抗變化只發生一次，例如線寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達到突變處信號反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預算要求，阻抗變化必須小于10%。這有時很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例，我們計算一下。如果線寬8mil，線條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達到了20%。反射信號的幅度必然超標。至于對信號造成多大影響，還和信號上升時間和驅動端到反射點處信號的時延有關。但至少這是一個潛在的問題點。幸運的是這時可以通過阻抗匹配端接解決問題。如果阻抗變化發生兩次，例如線寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長6mil寬線條的兩個端點處都會發生反射，一次是阻抗變大，發生正反射，接著阻抗變小，發生負反射。如果兩次反射間隔時間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設傳輸信號為1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設6mil線長度極短，兩次反射幾乎同時發生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預算要求。因此，這種反射是否影響信號，有多大影響，和阻抗變化處的時延以及信號上升時間有關。研究及實驗表明，只要阻抗變化處的時延小于信號上升時間的20%，反射信號就不會造成問題。如果信號上升時間為1ns，那么阻抗變化處的時延小于0.2ns對應1.2英寸，反射就不會產生問題。也就是說，對于本例情況，6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會有問題。

在基于信號完整性計算機分析的PCB設計方法中，最為核心的部分就是PCB板級信號完整性模型的建立，這是與傳統的設計方法的區別之處。SI模型的正確性將決定設計的正確性，而SI模型的可建立性則決定了這種設計方法的可行性。目前構成器件模型的方法有兩種：一種是從元器件的電學工作特性出發，把元器件看成‘黑盒子’，測量其端口的電氣特性，提取器件模型，而不涉及器件的工作原理，稱為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數。其優點是建模和使用簡單方便，節約資源，適用范圍廣泛，特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級模型是一個選擇。缺點是精度較差，一致性不能保證，受測試技術和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎，從元器件的數學方程式出發，得到的器件模型及模型參數與器件的物理工作原理有密切的關系。SPICE 模型是這種模型中應用最廣泛的一種。其優點是精度較高，特別是隨著建模手段的發展和半導體工藝的進步和規范，人們已可以在多種級別上提供這種模型，滿足不同的精度需要。缺點是模型復雜，計算時間長。一般驅動器和接收器的模型由器件廠商提供，傳輸線的模型通常從場分析器中提取，封裝和連接器的模型即可以由場分析器提取，又可以由制造廠商提供。在電子設計中已經有多種可以用于PCB板級信號完整性分析的模型，其中最為常用的有三種，分別是SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。

PCB布局規則1、在通常情況下，所有的元件均應布置在電路板的同一面上，只有頂層元件過密時，才能將一些高度有限并且發熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。2、在保證電氣性能的前提下，元件應放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，在一般情況下不允許元件重疊;元件排列要緊湊，元件在整個版面上應分布均勻、疏密一致。3、電路板上不同組件相臨焊盤圖形之間的最小間距應在1MM以上。4、離電路板邊緣一般不小于2MM.電路板的最佳形狀為矩形，長寬比為3:2或4:3.電路板面尺大于200MM乘150MM時，應考慮電路板所能承受的機械強度。PCB設計設置技巧PCB設計在不同階段需要進行不同的各點設置，在布局階段可以采用大格點進行器件布局;對于IC、非定位接插件等大器件，可以選用50~100mil的格點精度進行布局，而對于電阻電容和電感等無源小器件，可采用25mil的格點進行布局。大格點的精度有利于器件的對齊和布局的美觀。PCB設計布局技巧在PCB的布局設計中要分析電路板的單元，依據起功能進行布局設計，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則：1、按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。2、以每個功能單元的核心元器件為中心，圍繞他來進行布局。元器件應均勻、整體、緊湊的排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。3、在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件并行排列，這樣不但美觀，而且裝旱容易，易于批量生產。