40年老工程师总结：信号完整性100条经验法则

随着现代数字电子系统突破1GHz的壁垒，PCB板级设计和IC封装设计必须都要考虑到信号完整性和电气性能问题。 凡是介入物理设计的人都可能会影响产品的性能。所有的设计师都应该了解设计如何影响信号完整性，至少能够和信号完整性专业的工程师进行技术上的沟通。 当快速地得到粗略的结果比以后得到精确的结果更重要时，我们就使用经验法则。

 
经验法则只是一种大概的近似估算，它的设计目的是以最小的工作量，以知觉为基础找到一个快速的答案。经验法则是估算的出发点，它可以帮助我们区分5或50，而且它能帮助我们在设计的早期阶段就对设计有较好的整体规划。
 
估计信号完整性效应 
经验法则100条
 
1、信号上升时间约是时钟周期的10%，即1/10x1/Fclock。例如100MHZ 使中的上升时间大约是1NS.
 
2、理想方波的N 次谐波的振幅约是时钟电压副值的2/(N 派)倍。例如，1V时钟信号的第一次谐波幅度约为0.6V，第三次谐波的幅度约是0.2V。
 
3、信号的带宽和上升时间的关系为：BW=0.35/RT。例如，如果上升时间是1NS,则带宽是350MHZ。如果互连线的带宽是3GHZ,则它可传输的最短上升时间约为0.1NS。
 
4、如果不知道上升时间，可以认为信号带宽约是时钟频率的5 倍。
 
5、LC 电路的谐振频率是5GHZ/sqrt(LC),L 的单位为NH,C 的单位为PF。
 
6、在400MHZ 内，轴向引脚电阻可以看作理想电阻;在2GHZ 内，SMT0603电阻可看作理想电阻。
 
7、轴向引脚电阻的ESL(引脚电阻)约为8NH,SMT 电阻的ESL 约是1.5NH。
 
8、直径为1MIL 的近键合线的单位长度电阻约是1 欧姆/IN。
 
9、24AWG 线的直径约是20MIL,电阻率约为25 毫欧姆/FT。
 
10、 1 盎司桶线条的方块电阻率约是每方块0.5 豪欧姆。
 
11、 在10MHZ 时，1 盎司铜线条就开始具有趋肤效应。
 
12、 直径为1IN 球面的电容约是2PF。
 
13、 硬币般大小的一对平行板，板间填充空气时，他们间的电容约为1PF。
 
14、 当电容器量板间的距离与板子的宽度相当时，则边缘产生的电容与平行板形成的产生的电容相等。例如，在估算线宽为10MIL、介质厚度为10MIL的微带线的平行板电容时，其估算值为1PF/IN,但实际的电容约是上述的两倍，也就是2PF/IN。
 
15、 如果问对材料特性一无所知，只知道它是有机绝缘体，则认为它的介电常数约为4。
 
16、 1 片功率为1W 的芯片，去耦电容(F)可以提供电荷使电压降小于小于5%的时间(S)是C/2。
 
17、 在典型电路板钟，当介质厚度为10MIL 时，电源和地平面间的耦合电容是100PF/IN 平方，并且它与介质厚度成反比。
 
18、 如果50 欧姆微带线的体介电常数为4，则它的有效介电常数为3。
 
19、 直径为1MIL 的圆导线的局部电感约是25NH/IN 或1NH/MM。
 
20、 由10MIL 厚的线条做成直径为1IN 的一个圆环线圈，它的大小相当于拇指和食指围在一起，其回路电感约为85NH。
 
21、 直径为1IN 的圆环的单位长度电感约是25NH/IN 或1NH/MM。例如，如果封装引线是环形线的一部分，且长为0.5IN,则它的电感约是12NH。
 
22、 当一对圆杆的中心距离小于它们各自长度的10%时，局部互感约是各自的局部互感的50%。
 
23、 当一对圆杆中心距与它们的自身长度相当时，它们之间的局部互感比它们各自的局部互感的10%还要少。
 
24、 SMT 电容(包括表面布线、过孔以及电容自身)的回路电感大概为2NH,要将此数值降至1NH 以下还需要许多工作。