如何满足高性能PCB的设计要求

高性能的PCB设计离不开先进的EDA工具软件的支撑。Cadence的PSD系列在高速PCB设计方面的强大功能，其前后仿真模块，确保信号质量，提升产品的一次成功率；其物理、电气规则的使用，可智能化的实现诸如差分布线、等长控制等技术要求；支持并行设计、缩短研发时间；支持模块重用、重视技术沉淀，保证了设计质量，提高设计效率。拥有一个高性能的EDA工具软件，配合经验丰富的PCB设计工程师，高性能的PCB设计实现也就有了切实的保证。
一、硬件必备基础
    自从PCB设计进入高速时代，以传输线理论为基础的信号完整性知识势头盖过了硬件基础知识。有人提出，十年后的硬件设计只有前端和后端。只要有一个系统工程师把他们整合一下就够了。这很容易让人怀疑学习硬件基础知识的必要性。事实上，不管是IC工程师还是PCB工程师，都必须具备诸如R、L、C以及基本的门电路知识。高性能的PCB设计离不开电源基础知识，少不了FPGA常识。即使以传输线理论为基础的信号完整性分析也是从研究以R、L、C为基础的微元考虑。PCB设计工程师必须具备基本的电路基本知识，如高频、低频、数字电路、微波、电磁场与电磁波等。熟悉并了解所设计产品的基本功能及硬件基础知识，是完成一个高性能的PCB设计的基本条件。
二、高速的挑战
    随着信号速率的不断提升，信号完整性不断困扰着研发人员，包括总线驱动能力、信号的反射、串扰、过冲、振荡、回沟、衰减等；有时也把时序划归到信号完整性范围内。Allegro中基于IBIS模型的仿真模块Signoise，可以方便地搭建拓扑进行仿真。Allegro的这个仿真工具与布线平台有良好的接口，在PCB布线完成以后，还可以从PCB板上直接提取布线参数到Signoise平台中，进行后仿真以验证布线的效果。仿真提取的布线约束可以直接导入到Allegro的电气规则管理器中，这个管理器可以方便地对时序要求的等长规则进行约束，在布线时，当长度不符合所规定的规则时，Allegro可以实时进行告警。
三、电源、地噪声的挑战
    电源、地平面作为信号线的参考平面、回流通道，电源、地的噪声会直接串入以其为参考平面的信号。解决电源、地噪声的问题，不仅仅是考虑供电电源的自身电平稳定问题，还是解决高速信号的可靠性问题的重要因素。高速PCB的电源设计首先要理清电源树，分析电源通道合理性。
    首先，在大电流的载流能力上，必须在考虑裕量的前提下分配恰当的布线宽度；同时，因为实际布线有电阻，从电源输出端到实际负载的路线上有压降，而高速电路器件的电压特别是core电压往往很低，压降对供电效果有直接的影响。电流的载流能力，与线宽、内外层、铜厚度、允许温升相关。其次，在电源的滤波效果上，需要考虑电源的阻抗。因为电源通道实际上不是一个理想的通道，而是有电阻和阻抗的，高速电路在门电路翻转时需要瞬间的电源供给，而电流从电源模块给各个门电路翻转提供能量是需要各级路径分配的，需要时间，这可理解为一个分级充电的过程，
四、EMC问题：
    随着人们生活水平的提高以及对包括电磁污染在内的环保的关注，EMC问题成为所有电子产品研发中绕不过去的弯。作为一个“Black Magic”，EMC问题越来越困扰开发人员。EMC要从源头设计。作为产品EMC的源头，单板/PCB的EMC性能愈发引起关注，在EMC众多的指标中，最让硬件工程师头痛的是RE指标问题。出于模型的限制，即使业界公认的顶级EMC仿真软件，至今也不能仿真出和实际测试数据可比拟的数据出来。其只能给出某些特定条件下的简化了的单辐射源的辐射场分布情况，进而提供设计参考。
五、DFM的挑战
    解决DFM问题，除了单板工艺工程师制定适合本公司的工艺标准外，需要对PCB设计工程师进行系统、全面的DFM常识培训，PCB工程师需要不断了解业界的PCB生产加工能力现状，结合本公司的实际情况，选择合适的工艺路线和设计参数。在电气性能和DFM方面的取舍上，综合考虑。此外，在PCB的封装库上，必须有专职的建库人员，从源头上解决DFM问题。Allegro有一个专用的建库模块，可以按器件的datasheet方便地设计封装库，以及封装库的焊盘。良好的封装设计是DFM设计的基础。