关于高速高密度PCB设计的新挑战简单分析说到如何利用先进的EDA工具以及最优化的方法和流程的问题，现在高质量、高效率的完成设计，已经成为系统厂商和设计工程师不得不面对的问题。 　　热点：从信号完整性向电源完整性 方面转移　　 谈到高速设计，人们首先想到的就是信号完整性问题。信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为，当系统工作在50MHz时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。 信号完整性技术经过几十年的发展，其理论和分析方法都已经较为成熟。对于信号完整性问题，陈兰兵认为，信号完整性不是某个人的问题，它涉及到设计链的每一个环节，不但系统设计工程师、硬件工程师、PCB工程师要考虑，甚至在制造时也不能忽视。解决信号完整性问题，必须借助先进的仿真工具，如Cadence的SPECCTRAQuest就是不错的仿真工具，利用它可以在设计前期进行建模、仿真，从而形成约束规则指导后期的布局布线，提高设计效率。随着Cadence 在今年6月推出的专门针对千兆赫信号的仿真器MGH——它是业界首个可以在几秒之内完成数万BIT千兆赫信号的仿真器——信号完整性技术更臻完善。　　 相对于信号完整性，电源完整性是一种较新的技术，它被认为是高速高密度PCB设计目前最大的挑战之一。电源完整性是指在高速系统中，电源传输系统（PDS power deliver system）在不同频率上，阻抗特性不同，使PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的各处不尽相同，从而造成供电不连续，产生电标明电路板自身的电容为74nF。为了使阻抗在1MHz处低于方针阻抗82.5mΩ，电容值至少应为2μF——几乎是电路板自身电容的30倍。为此首要需求增加22个0.1μF的电容矩阵。图中深蓝色曲线是颠末从头描绘后的阻抗特性。在大多数的频率范围内，描绘满意了阻抗特性的恳求。但在带宽的高端，电容的ESL(等效串联电感)、ESR(等效串联电阻)以及由电容距离带来的附加电感使阻抗曲线没有到达阻抗特性恳求。　　由于更小的电容具有更小的ESL和ESR值，因而增加旁路有助于进步其高频特性。图5中的浅蓝色曲线是又增加10nF电容矩阵后的阻抗曲线。绿色曲线标明再次增加1nF电容矩阵后的成果。每一等级电容矩阵的增加都进步了阻抗特性，但成果依然刚刚满意阻抗特性的恳求。　　在描绘的这个期间，描绘者可以增加电磁仿真与电路仿真一起来完结描绘。这种办法使描绘者可以精确地为低端的阻抗建模，包罗电源的负载效应。它也可以直接仿真电源管脚上的噪声然后直接验证电源层噪声，防止对电源层阻抗的过多剖析招致的不必要的描绘开支。　　首要应在选定的方位增加输入和输出端口。上文曾经在一个IC芯片处增加了端口，接着应该在电源输入端增加一个端口，还在其它两块芯片的装置方位增加两个端口。然后在SIwave中你可以进行宽频扫描，在整个带宽内取得4×4的S参数散射矩阵。接下来可以运用Full-Wave Spice发生与Spice兼容的电路文件以便在电路仿真环境中进一步剖析。　　在发生的电路文件中，PCB板在电路的中间方位。电路文件还包罗FPGA的模型——伴有一个电流探针和一个差分电压探针的电流源。Full-wave Spice创立的Spice电路还包罗上文说到的三个电容矩阵。若是在IC处再增加第四个电容矩阵将进一步减小高端阻抗。电路还包罗一个直流电源，电源伴有少数容值从1nF到100μF的退耦电容。别的还包罗其它两个IC芯片的模型，周围伴有少数100nF的电容矩阵。图6，蓝色和绿色曲线别离标明在没有增加和增加结尾一组电容矩阵后IC芯片的电源完好性曲线；赤色曲线代表芯片输入电流的骤变。　　图6显现了FPGA的电源电压的噪声仿真成果。赤色曲线代表芯片输入电流的骤变——在0.2纳秒内电流由0A改变到2A。蓝色曲线标明没有增加结尾一组电容矩阵时IC芯片的电压曲线。与3.3V比较，电压的动摇曾经很小了，但仍是超越了5%的标准恳求。绿色曲线标明增加了第四组电容矩阵后电压的动摇曲线，结尾的描绘满意了电源噪声小于165mV的标准恳求。可以用相同的办法剖析电路板上其它的芯片，包管他们不受电源压降和地弹的影响。在本例中别的两芯片别离吸收100mA和50mA电流，相对来说，它们对噪声的奉献是很小的。　　高速电路的PCB板级描绘是非常具有挑战性的。为了包管电路的正确任务，需求精心描绘电路的PDS，包罗在电路板上增加数以百计的退耦电容，而且依据需求挑选适宜的电容值及其方位。选用对虚拟原型进行仿真的办法代替重复实验的描绘办法来优化电路板的电源完好性描绘，可以有用缩短描绘周期而且节省描绘本钱。.