PCB初学者必须了解的10个概念

学习高速PCB设计，首先得明白一些基本概念，比如什么是电磁干扰(EMI)？什么是信号完整性（SI）？什么是反射(reflection)？磨刀不误砍柴工，打好基础，才能更快的入门高速PCB设计。

电磁干扰(EMI)

电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音，EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生。

电磁干扰EMI有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

电磁兼容性(EMC)

电磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance)不能超过一定的限值；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility，即EMS)。

国际电工委员会(IEC)对EMC的定义是:指在不损害信号所含信息的条件下，信号和干扰能够共存。

信号完整性(signal integrity, SI)

信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。

电源完整性（Power Integrity, PI）

电源完整性（Power integrity）简称PI，是确认电源来源及目的端的电压及电流是否符合需求。电源完整性在现今的电子产品中相当重要。有几个有关电源完整性的层面：芯片层面、芯片封装层面、电路板层面及系统层面。在电路板层面的电源完整性要达到以下3个需求：

1、使芯片引脚的电压涟波比规格要小一些（例如电压和1V之间的误差小于+/-50 mV）

2、控制接地反弹（也称为同步切换噪声SSN、同步切换输出SSO）

3、降低电磁干扰（EMI）并且维持电磁兼容性（EMC）：电源分布网络（PDN）是电路板上最大型的导体，因此也是最容易发射及接收噪声的天线。

串扰(crosstalk)

串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB 板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。

反射(reflection)

反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。

过冲(overshoot)和下冲(undershoot)

过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早地失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。

振荡(ringing)和 环绕振荡(rounding)

振荡的现象是反复出现过冲和下冲。信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起，振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。信号完整性问题通常发生在周期信号中，如时钟等，振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的，振荡可以通过适当的端接予以减小，但是不可能完全消除。