航空電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計及信號反射處理設(shè)計分析

吉茂林 王瑋

摘要：本文主要介紹了航空電子產(chǎn)品的信號完整性設(shè)計中信號傳輸損耗控制、信號反射處理、信號串擾控制、差分互聯(lián)設(shè)計，并根據(jù)設(shè)計分析，對產(chǎn)品出現(xiàn)的問題進行了改進。

關(guān)鍵詞：信號完整性;信號反射處理

一、引言

航空電子產(chǎn)品設(shè)計過程中時常會遇到一個問題：在設(shè)計高頻高速信號電路時，未考慮信號完整性問題帶來的影響，導致信號質(zhì)量差，裝機后在復雜工作環(huán)境中不滿足產(chǎn)品性能要求。

為了解決上述電子產(chǎn)品設(shè)計過程中存在的可靠性問題，開展信號完整性設(shè)計分析。目的是在PCB設(shè)計中就考慮影響信號完整性的因素，設(shè)計過程中或設(shè)計完成后利用仿真進行定性或定量分析，進而排查并優(yōu)化可能存在的風險問題，以提高電路健壯性。

二、信號完整性概述

信號完整性是指信號傳輸過程中能夠保持信號時域和頻域特性的能力，即信號在電路中能以正確的時序、幅值以及相位等做出響應。信號完整性主要包括以下幾個方面內(nèi)容：

（1） 信號沿印制板傳輸線傳遞時，由于輻射損耗、導線損耗和介質(zhì)損耗，會使信號強度衰減。必要時，需對印制板傳輸線的衰減常數(shù)進行測定或計算。（2） 信號傳輸過程中，只要遇到瞬時阻抗突變，就會存在反射和失真，現(xiàn)象包括：振鈴、邊沿是否單調(diào)、過沖/下沖、邊沿臺階。（3） 串擾是兩條信號線之間距離相近產(chǎn)生耦合，在信號線之間的互感和互容而引起的噪聲，在高頻、高速電路設(shè)計時，應重視信號串擾。（4） 差分互連是利用存在耦合的傳輸線進行信號輸入輸出，抵御差分串擾的魯棒性高，且具有對抗返回路徑間隙阻抗突變的能力。

三、信號反射處理設(shè)計分析

（一） 信號反射處理注意事項

（1） 用可控阻抗走線;（2） 端接電阻應靠近封裝焊盤;（3） 每個信號應有返回路徑，且位于信號路徑下方，寬度不少于信號路徑的3倍;（4） 同一個網(wǎng)絡(luò)同層的信號走線不宜改變線寬;（5） 同一個網(wǎng)絡(luò)的信號走線應減少換層、打過孔;（6） 點對點拓撲時，可采用驅(qū)動端串聯(lián)端接或接收端并聯(lián)端接;點對多點拓撲時，可選用末端并聯(lián)端接;（7） Fly-by 結(jié)構(gòu)通常比菊花鏈結(jié)構(gòu)信號質(zhì)量好，走線時樁線長度應盡量短;（8） 不宜存在跨分割;（9） 回波損耗應滿足設(shè)計要求;

（二）設(shè)計問題及改進

某產(chǎn)品的DDR3電路模塊用一個處理器 驅(qū)動4 片DDR3。由于信號是800MHz，采用了Fly-by結(jié)構(gòu)，樁線相較于菊花鏈結(jié)構(gòu)要短。而樁線越短信號的反射越小，走線樁線如圖1所示。該電路采用末端并聯(lián)端接方式，使用DDR3的ODT功能，端接電阻器集成在DDR3 芯片內(nèi)部。

初始設(shè)計時，因BGA底部的布線空間有限，在BGA 底部用的4.5mil線寬，出了BGA底部后用的6mil線寬，如圖2所示，這部分線寬變化導致了阻抗變化，造成了信號反射。

設(shè)計改進后，整個網(wǎng)絡(luò)信號走線寬度保持4.5mil不變，阻抗不變。

此板設(shè)計為6層板，有3個布線層，DDR3部分的控制和地址線打2個過孔即可，如采用4層板，則需要多打過孔，而過孔是阻抗不連續(xù)點，會出現(xiàn)信號反射。因此此處采用6 層板方案，盡量減少了打過孔的數(shù)量。

如圖3所示，3個走線層均有完整的參考層，不存在走線跨分割的情況。GND1和GND2均為完整的地平面，TOP參考GND1層，SIG1和BOTTOM參考GND2層。

四、結(jié)束語

傳統(tǒng)的電路設(shè)計方法是根據(jù)要求研制產(chǎn)品樣機，然后進行電路調(diào)試，調(diào)試過程中通過測試發(fā)現(xiàn)問題，然后重新設(shè)計再次加工調(diào)試，即所謂“試錯”方式。這種方法開發(fā)周期長，成本很高，有時出現(xiàn)的問題可能需要多次改版才能解決。如今產(chǎn)品的研制時間和產(chǎn)品的成本、性能同等重要，采用傳統(tǒng)做法效率會很低。如果在設(shè)計初期不考慮信號完整性，就很難做到一次成功。

參考文獻：

[1]《信號完整性分析 Signal Integrity：Simplified》 [美] Eric Bogatin 著，李玉山、李麗平 等譯，電子工業(yè)出版社