【導(dǎo)讀】隨著現(xiàn)代數(shù)字電子系統(tǒng)突破1GHz的壁壘，PCB板級設(shè)計和IC封裝設(shè)計必須都要考慮到信號完整性和電氣性能問題。凡是介入物理設(shè)計的人都可能會影響產(chǎn)品的性能。所有的設(shè)計師都應(yīng)該了解設(shè)計如何影響信號完整性，至少能夠和信號完整性專業(yè)的工程師進(jìn)行技術(shù)上的溝通。當(dāng)快速地得到粗略的結(jié)果比以后得到精確的結(jié)果更重要時，我們就使用經(jīng)驗法則。
經(jīng)驗法則只是一種大概的近似估算，它的設(shè)計目的是以最小的工作量，以經(jīng)驗為基礎(chǔ)找到一個快速的答案。經(jīng)驗法則是估算的出發(fā)點，它可以幫助我們區(qū)分5或50，而且它能幫助我們在設(shè)計的早期階段就對設(shè)計有較好的整體規(guī)劃。在速度和精度的權(quán)衡之間，經(jīng)驗法則傾向于速度，但它并不是很準(zhǔn)確。
當(dāng)然，不可以盲目的使用經(jīng)驗法則，它必須基于對基本理論的深刻了解和良好的工程判斷能力。
當(dāng)精確度很重要時，例如在設(shè)計中某個數(shù)值偏離百分之幾就要付出百萬美元的代價，就必須使用驗證過的數(shù)值仿真工具。
估計信號完整性效應(yīng)的經(jīng)驗法則（1-50）：
1、信號上升時間約是時鐘周期的10%，即1/10*1/Fclock。例如100MHz時鐘的上升時間大約是1NS。
2、理想方波N次諧波的振幅約是時鐘電壓副值的2/（Nπ）倍。例如，1V時鐘信號的第一次諧波幅度約為0.6V，第三次諧波的幅度約是0.2V。
3、信號的帶寬和上升時間的關(guān)系為：BW=0.35/RT。例如，如果上升時間是1ns，則帶寬是350MHz。如果互連線的帶寬是3GHz，則它可傳輸?shù)淖疃躺仙龝r間約為0.1ns。
4、如果不知道上升時間，可以認(rèn)為信號帶寬約是時鐘頻率的5倍。
5、LC電路的諧振頻率是5GHz/sqrt（LC），L的單位為nH，C的單位為pF。
6、在400MHz內(nèi)，軸向引腳電阻可以看作理想電阻；在2GHz內(nèi)，SMT0603電阻可看作理想電阻。
7、軸向引腳電阻的ESL（引腳電阻）約為8nH，SMT電阻的ESL約是1.5nH。
8、直徑為1mil的鍵合線的單位長度電阻約是1歐姆/inch。
9、24AWG線的直徑約是20mil，電阻率約為25毫歐姆/ft。
10、1盎司銅線條的方塊電阻率約是每方塊0.5毫歐姆。
11、在10MHz時，1盎司銅線條就開始具有趨膚效應(yīng)。
12、直徑為1inch球面的電容約是2pF。
13、硬幣般大小的一對平行板，板間填充空氣時，它們間的電容約為1pF。
14、當(dāng)電容器量板間的距離與板子的寬度相當(dāng)時，則邊緣電容與平行板形成的產(chǎn)生的電容相等。例如，在估算線寬為10mil、介質(zhì)厚度為10mil的微帶線的平行板電容時，其估算值為1pF/inch，但實際的電容約是上述的兩倍，也就是2pF/inch。
15、如果問對材料特性一無所知，只知道它是有機(jī)絕緣體，則認(rèn)為它的介電常數(shù)約為4。
16、1片功率為1W的芯片，去耦電容（F）可以提供電荷使電壓降小于5%的時間（S）是C/2。
17、在典型電路板中，當(dāng)介質(zhì)厚度為10mil時，電源和地平面間的耦合電容是100pF/inch2，并且它與介質(zhì)厚度成反比。
18、如果50歐姆微帶線的體介電常數(shù)為4，則它的有效介電常數(shù)為3。
19、直徑為1mil的圓導(dǎo)線的局部電感約是25nH/inch或1nH/mm。
20、由10mil厚的線條做成直徑為1inch的一個圓環(huán)線圈，它的大小相當(dāng)于拇指和食指圍在一起，其回路電感約為85nH。
21、直徑為1inch的圓環(huán)的單位長度電感約是25nH/inch或1nH/mm。例如，如果封裝引線是環(huán)形線的一部分，且長為0.5inch，則它的電感約是12nH。
22、當(dāng)一對圓桿的中心距離小于它們各自長度的10%時，局部互感約是各自的局部互感的50%。
23、當(dāng)一對圓桿中心距與它們的自身長度相當(dāng)時，它們之間的局部互感比它們各自的局部互感的10%還要少。
24、SMT電容（包括表面布線、過孔以及電容自身）的回路電感大概為2nH，要將此數(shù)值降至1nH以下還需要許多工作。
25、平面對上單位面積的回路電感是33pH x 介質(zhì)厚度（mil）。
26、過孔的直徑越大，它的擴(kuò)散電感就越低。一個直徑為25mil過孔的擴(kuò)散電感約為50pH。
27、如果有一個出沙孔區(qū)域，當(dāng)空閑面積占到50%時，將會使平面對間的回路電感增加25%。
28、銅的趨膚深度與頻率的平方跟成反比。1GHz時，其為2μM。所以，10MHz時，銅的趨膚是20μM。
29、在50歐姆的1盎司銅傳輸線中，當(dāng)頻率約高于50MHz時，單位長度回路電感為一常數(shù)。這說明在頻率高于50MHz時，特性阻抗時一常數(shù)。
30、銅中電子的速度極慢，相當(dāng)于螞蟻的速度，也就是1cm/s。
31、信號在空氣中的速度約是12inch/ns。大多數(shù)聚合材料中的信號速度約為6inch/ns。
32、大多數(shù)輾壓材料中，線延遲1/V約是170ps/inch。
33、信號的空間延伸等于上升時間 X 速度，即RT x 6inch/ns。
34、傳輸線的特性阻抗與單位長度電容成反比。
35、FR4中，所有50歐姆傳輸線的單位長度電容約為3.3pF/inch。
36、FR4中，所有50歐姆傳輸線的單位長度電感約為8.3nH/inch。
37、對于FR4中的50歐姆微帶線，其介質(zhì)厚度約是線寬的一半。
38、對于FR4中的50歐姆帶狀線，其平面間的間隔是信號線線寬的2倍。
39、在遠(yuǎn)小于信號的返回時間之內(nèi)，傳輸線的阻抗就是特性阻抗。例如，當(dāng)驅(qū)動一段3inch長的50歐姆傳輸線時，所有上升時間短于1ns的驅(qū)動源，在沿線傳輸并發(fā)生上升跳變時間內(nèi)感受到的就是50歐姆恒定負(fù)載。
40、一段傳輸線的總電容和時延的關(guān)系為C=TD/Z0。
41、一段傳輸線的總回路電感和時延的關(guān)系為L=TDxZ0。
42、如果50歐姆微帶線中的返回路徑寬度與信號線寬相等，則其特性阻抗比返回路徑無限寬時的特性阻抗高20%。
43、如果50歐姆微帶線中的返回路徑寬度至少是信號線寬的3倍，則其特性阻抗與返回路徑無限寬時的特性阻抗的偏差小于1%。
44、布線的厚度可以影響特性阻抗，厚度增加1mil，阻抗就減少2歐姆。
45、微帶線內(nèi)部的阻焊厚度會使特性阻抗減小，厚度增加1mil，阻抗減少2歐姆。
46、為了得到集總電路的精確近似，在每個上升時間的空間延伸里至少需要有3.5個LC節(jié)。
47、單節(jié)LC模型的帶寬是0.1/TD。
48、如果傳輸線時延比信號上升時間的20%短，就不需要對傳輸線進(jìn)行端接。
49、在50歐姆系統(tǒng)中，5歐姆的阻抗變化引起的反射系數(shù)是5%。
50、保持所有的突變（inch）盡量短于上升時間（ns）的量值。
推薦閱讀：
