杜生华
深圳市麦思美汽车电子有限公司 广东省深圳市 518101
摘要：在发展和促进电子科技创新和应用的背景下，电子设备呈现出多种、多功能、轻量级、小型化、精细化和自动化的发展趋势，广泛应用于人们的日常生产、生活和学习。随着电子设备及其应用的迅速发展，多氯联苯设计的重要性继续增加。如何提高PCB信号的完整性，提高PCB设计质量和应用效果已成为人们关心的重要问题。
关键词：PCB设计；信号完整性解析；PCB铜箔测厚仪
引言
PCB设计时我们常遇到下面情景，当PCB上两个信号走线紧挨着且长距离平行走线时，信号之间容易互相干扰；或者走线不平滑有拐角出现，走线经过接插件、过孔时会出现振铃等信号质量问题。
1 PCB的信号完整性设计的必要性分析
印刷电路板(printed circuit board)是电子设备和电子系统中的一个重要组成部分，承担电子元件的重要电气连接任务。能够实现电子部件的自动检测和装配，同时保证电子设备的生产和应用质量，节约电子设备生产成本，提高电子设备管理效率。伴随着近年来我国电子科技的创新发展，电子设备呈现出多种、多功能、轻便、小型化、精细化、自动化的发展趋势，广泛应用于日常生产、人们的生活和学习。在这种情况下，多氯联苯的制造往往朝着高密度、高精度、高速度、低质量、小型化、细线、细间距等方向发展,这就对多氯联苯的设计提出了更高的要求。随着多氯联苯生产的高度、精细、轻微和迅速发展，多氯联苯信号完整性(多氯联苯信号线信号传输质量)问题越来越重要，信号反射、信号干扰、信号溢出和下降、钟和地面炸弹等现象十分普遍。
2 PCB设计人员常遇到的串扰和反射信号完整性问题
当信号沿着走线传输时，它有一定的瞬态阻抗，而当其瞬态阻抗发生变化时，部分信号就会将沿着与原传播方向相反的方向回传，而另一部分将向前继续传播，但信号幅度有所改变（如图1所示）。我们通常将瞬态阻抗发生改变的地方称为阻抗突变，阻抗突变引起了信号反射。
分析反射问题我们通常运用Altium Designer软件来进行仿真工作。用软件进行反射波形仿真时要注意以下几个要点：（1）每个元件的模型必须正确。（2）有电路作为源的驱动。（3）设定激励源。（4）设定电源和地网络。（5）PCB层叠设定。反射问题的实质其实是传输线的阻抗发生了变化，所以解决阻抗的突变是处理反射的最好手段。那么采取某些方法使得阻抗突变减小，从而改善反射问题是接下来要讨论的内容。解决阻抗突变常用的阻抗匹配方式有以下几种，如图所示：（1）串联匹配通常是在输出端上串接一个电阻，使其与传输线的阻抗一致；比较常用是33欧姆的电阻。（2）并联匹配是在负载端并联电阻或电容，使其阻抗等于传输线特性阻抗。（3）戴维南匹配是在负载端的电源端上拉电阻R1和在地端下拉电阻R2，通过R1和R2来吸收反射，其等效电阻R1/R2等于传输线阻抗，减少对输出端的驱动要求。（4）RC匹配是在负载端并联电容和电阻，电阻来消除反射，电容来减少功耗。（5）二极管匹配常用于差分信号，对信号的过冲、欠冲有抑制作用，但其无法与线路特性阻抗匹配，所以反射不能消除。
3 PCB的信号完整性设计内涵分析
信号完整性是指电路系统中的信号质量可以从源端无损地传输到接收端。信号的快速跳跃(沿上升和下降)会产生意想不到的信号传输效果，这也导致了信号完整性问题。在多氯联苯设计过程中，信号完整性问题是一个全球性问题，导致多氯联苯信号完整性的因素很多，主要包括信号反射、信号串联干扰、电力供应轨道衰减和地球分布等四个方面为此，为了改进PCB信号完整性问题，需要从PCB设计的一开始就对信号完整性问题进行综合分析，贯穿PCB设计过程中的信号完整性改进措施，最后对PCB的完整性进行科学检查。
4传感器的信号处理方法
传感器采用的基于鉴幅原理的信号处理方法如图2所示，图中描述了该方法的基本工作原理示意图。从其工作原理可知，传感器的电路主要包括激励电路、解调电路、模数转换电路和主控电路。激励电路产生励磁线圈所需的正弦信号;解调电路从调幅波中解调出调制信号(反映位移的正余弦信号);模数转换电路将调制信号转化为主控电路可以识别的数字信号;主控电路不仅控制激励电路、解调电路和模数转换电路，而且根据得到的正余弦数据运算得到并输出位移信息。
5硬件电路调试
硬件电路是系统的基础，首先要检查电源模块，系统有三种电源，即单芯片电源、数字电路电源和计算放大器电源。判断每个芯片针脚是否工作正常。最后，检查四个探头、计算放大器和adc采样电路。电路连接正常。测量放大器输出电压后，应检查ADS1115芯片的工作电压。
6 PCB的信号完整性设计方法分析
一、在信号反射方面，在传输过程中，每时每刻都感受到瞬时阻抗，如果信号接收到的瞬时阻抗一致，则信号传输顺畅；信号反射发生在信号感知到的瞬态阻抗变化时。反射可能导致信号溢出、铃声和边慢等问题。测量信号反射度的一个重要指标是反射系数，它表示反射信号与输入信号振幅之间的关系。
其大小如下:Lao = ( Z2-Z1 ) / ( Z2 + Z1)，Z1是第一个区域的特征阻抗，z2是第二个区域的特征阻抗。反思是一个常见的信号完整性问题，如果不彻底消除它，我们只能无限期地减少它。在PCB设计过程中，我们可以通过调整布线拓扑、控制行走线的阻抗以及匹配信号线来处理它。二、轨道衰减是指当电流通过电源和地面路径发生变化时，电源和地面路径之间的阻抗会发生压力下降，这可视为电源和地面之间的电压下降或降低。轨道收缩噪声主要是配电网问题。解法:在电源和地平面之间放置切割电容器：电源和地面之间的连接线应尽可能短和宽；应尽可能靠近进料层和土壤层；使反馈电流尽可能接近信号电流。
7涡流检测工装结构设计
在超导磁体腔内物理中心位置就是磁场中心位置，该处梯度场强度为零，在放置涡流检测装置时，应使感应线圈平面与主磁场方向垂直，使得主磁场磁力线方向垂直于感应线圈平面。梯度线圈在工作时会产生剧烈振动，三个梯度轴向的感应线圈需要保持稳定和平衡，由于扫描床和磁体腔是分离的，因此梯度线圈的振动就不会传导至床板的测试工装。串联匹配和并联匹配可能是比较有效的、实用的解决信号反射的方法，接下来用Altium Designer仿真来看下两种匹配方式的效果。可以看出串联匹配对反射的改善有一定的作用，减小了二次反射波形的幅度，由于二次反射所占比例不大，所以对整体波形的影响不是很大。终端阻抗匹配可以消除一次反射，在根本上解决了反射问题。从如中可看出端接到地使高电平电压下降，端接到电源使低电平变高，同时端接到电源和地就会出现低电平上升、高电平下降，但变化的幅度比前者有所减小。
8软件调试
硬件电路开发完成后，对软件进行开发，首先编译书面程序找出语法错误，然后对程序进行压缩和记录，防止程序返回到原点。ADS1115需要检查芯片通信协议，确认后检查LCD显示程序12864，通过后可在单片机中燃烧。如果在软件开发过程中未显示LCD12864，则首先检查其硬件电路是否正常工作，修复硬件电路故障后，检查ADS1115程序的IIC通信，然后使用编程软件安装向导启动程序。通过修改程序，将校准数据添加到标准铜箔的实际厚度值输入算法中，并将程序下载到STM 32 c8 t16单片机中。
9实验设计
时间取离散量t=n·Ts，其中n=0，1，2，3．．．，Ts为采样间隔，根据梯度涡流L－Ｒ电路模型，涡流曲线可由式(1)表达。
（1）
式中Ai为多组幅度参数，其范围在－1到1之间;Ti是多组时间参数，在每个自身梯度轴或者交叉项向梯度检测到的涡流信号，涡流曲线函数可分解为4组补偿参数，每组参数由一个时间参数和一个幅度值参数组成，在4组参数中包含2个短时参数和2个长时参数。将计算的梯度涡流补偿值叠加到理想梯度波形上即生成梯度预加重波形。对涡流曲线函数的参数分解，是在约束条件下寻找最优的多组时间常数和幅度常数的计算过程。最优化阈值用平均值G－和均方差D(G－)来控制，D(G－)反应出涡流对磁场的影响，G－反应出平均强度。在实验迭代过程中，为了减少迭代实验的次数，需要对平均值G－和均方差D(G－)设置一个合适的阈值，参考磁共振系统领域的经验通常将这两个参数的阈值设置为0．0005V，在迭代实验过程中不间断地对得到的G－和D(G－)进行比对，当这两个值同时小于设定阈值时，则补偿算法基本消除了涡流效应，此时的去涡流补偿参数即最优的预加重补偿参数。
结束语
PCB的信号完整性决定着PCB信号传输质量，随着PCB高密度、高集成、轻质量发展，PCB的信号完整性问题日渐显著，成为影响PCB研发与应用的核心要素。对此，在PCB设计研发与生产制造过程中，应明确认识PCB的信号完整性问题，掌握PCB的信号完整性设计方法，提升PCB的信号完整性设计质量，为电子产品创新与应用提供保障。终端匹配是消除信号反射比较推荐的方法，它是在信号能量反射回输出端之前在负载端就把反射消除了，消除了一次反射，减小了噪声等。而串联匹配是在输出端消除由负载端反射回来的信号，消除了二次反射。两种方法各有所长，需要根据实际情况来具体分析。接下来我们说下减小信号串扰的设计方法。最有效减小串扰的方式是增加走线之间的间距，有足够的空间的话遵守3H/3W定律；层叠设计可使信号路径与回路平面紧耦合，走线细一些，留出足够的空间规避串扰，适合DDR这种速率不是特别高的并行信号。
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