为什么说再次？由于老wu的博客网站http://www.mr-wu.cn在2016年时分享过该视频，当时视频上传到了乐视网盘，对！
你没看错！
是乐视，当时假老板牛啤吹得辣么猛，谁能想到他会删库跑路咯，结果便是这么精良的视频就不雅观看不到啦。
前几天刚好碰着百度云盘故障，为了保险起见，老wu重新整理了下家里的NAS备份数据，又翻出了这份经典的视频，现在分享到公众年夜众号里头，有兴趣的同学可以看一下。
视频是英文的，老wu大概整理了一下干系的观点。
在同一PCB内同时布有较高阻抗的仿照旗子暗记和数字旗子暗记可能引起意外串扰,该串扰给仿照旗子暗记带来过大的噪声。
具有快速上升和低落韶光的数字旗子暗记对高阻抗的仿照旗子暗记路径产生影响是最常见的串扰征象。
常日为了通过电路传输信息，总是须要一定量的电流，纵然是非常小的电流。随后，电流周围便产生了磁场。当电流随着信息而发生变革时，会向周围辐射电磁电波，从而便产生了噪声。
随着信息量的增加，通过旗子暗记线的电流频率也随之增加，或可能须要更多的旗子暗记线。常日，电流频率越高，或旗子暗记线数量越多，辐射的电磁波强度就越大。因此，电子设备的性能越高、处理的信息量越大、电子设备中所利用的旗子暗记线越多，就越随意马虎产生噪声滋扰。
传输信息的电路大致可分为仿照电路和数字电路，分别利用仿照旗子暗记和数字旗子暗记。从电路噪声的角度出发对其一样平常特性做如下解释。
当仿照电路为噪声源时，一样平常产生的噪声较少，由于仿照电路利用有限频率，并采取掌握电流流动的设计情形较多。
但如果有能量外泄，则仍会产生噪声滋扰。例如，电视和广播吸收器采取一个具有恒定频率的旗子暗记，此频率称为本地震荡频率，以便从天线吸收的无线电波中有选择地放大目标频率。如果此频率泄露到外部，则可能对其他设备产生滋扰。为了防止发生此情形，调谐器部分会被屏蔽，或在线路中利用EMI静噪滤波器。
比较之下，从噪声受害方考虑，由于仿照电路常常处理微弱旗子暗记，哪怕眇小的颠簸信息都会受到影响，电路每每随意马虎成为噪声受害方。例如，如果噪声进入音频放大电路的第一级（从麦克风进入等），扬声器会检测到噪声并进行放大，从而产生很响的噪声。为了防止发生此情形，高灵敏音频放大器会被屏蔽，或在线路中利用EMI静噪滤波器。
把数字电路作为噪声源来看，由于在很短的韶光内会发生0与1旗子暗记电平之间的转换，个中包含了极宽范围的频率身分，因此数字电路很可能成为噪声源。为了防止发射出噪声，因此在数字旗子暗记中利用了屏蔽和EMI静噪滤波器。
但把数字电路作为噪声受害方来看，只有0和1两种状态（之间没有其他状态）来表示旗子暗记，且具有相对较大的幅值。其余，纵然有微弱的感应也不会影响信息，因此不太会成为噪声受害方。但如果达到很高电平噪声，则纵然只有一瞬间，数据也会发生完备改变。因此，其对付静电放电之类的脉冲噪声是一个弱点。（静电放电也简称为ESD）
Dielectric loss
介质损耗是指电介质在交变电场中，由于花费部分电能而使电介质本身发热的征象。缘故原由：电介质中含有能导电的载流子，在外加电场浸染下，产生导电电流，花费掉一部分电能，转为热能。PCB 材料须要较低的介电损耗正切以确保低损耗的数字旗子暗记传输。
Return Loss 回波损耗，电磁波反射波大小和入射波大小的比例。
VSWR电压驻波比
波通报从甲介质传导到乙介质，会由于介质不同，波的能量会有一部分被反射，这种被反射的波称为驻波，这是基本的物理事理，在电磁波有同样的特性，电波在甲元件传导到乙元件，由于阻抗特性的不同，一部分电磁波的能量被反射回来，我们常称此征象为阻抗不匹配。
在传输线上，藉由来至发射真个波与来至负载的反射波的干涉，产生驻波，驻波的大小是传输线上的电压最大和最小值的比值，空想的比例为1:1 (表示没有任何反射功率产生)，即输入阻抗相即是传输线的特性阻抗，但险些不可能达到。
为何要阻抗匹配?
• 在传输中获的最大的功率或效率。
• 担保系统具有精确的传输特性。 (例如 LC 滤波器须要匹配负载)
• 提高信噪比(降落噪声系数) 。
• 减少由于反射引起的旗子暗记失落真。
• 确保电路稳定。
• 为各模组与设备之间供应方便、可靠的连接。
为何低频旗子暗记不须要匹配?
• 从波长与元件/传输线尺寸的关系来看，旗子暗记在传输过程中的相位与振幅近似不变。
• 从周期与传输韶光上看，虽然反射仍旧存在，但在旗子暗记的有效周期内将会衰减到可以忽略。
低频旗子暗记波长>元件尺寸;高频旗子暗记波长<元件尺寸。其余，VSWR 又可转换成另一项射频参数叫S 参数里的S11，这项参数被称为回波损耗(Return Loss) 为传输功率&反射功率的比值(单位dB)，跟VSWR 是同观点，一样平常(传输)VSWR 在1.4:1 以内都不错。趋肤效应 Skin Effect
在长直导体的截面上，恒定的电流是均匀分布的。对付交变电流，导体中涌现自感电动势抵抗电流的通过。这个电动势的大小正比于导体单位韶光所切割的磁通量。以圆形截面的导体为例,愈靠近导体中央处,受到表面磁力线产生的自感电动势愈大；愈靠近表面处则不受其内部磁力线消长的影响，因而自感电动势较小。这就导致趋近导体表面处电流密度较大。由于自感电动势随着频率的提高而增加，趋肤效应亦随着频率提高而更为显著。当频率很高的电流利过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大，大大降落了导体材料的有效利用率。
趋肤深度 Skin Depth
由趋肤效应，我们不难遐想到另一观点—趋肤深度。工程上定义从导体表面到电流密度低落到导体表面电流密度的0.368（即1/e）的厚度为趋肤深度或穿透深度△，即认为导体表面下深度为△的厚度导体流过导线的全部电流，而在△层以外的导体完备不流过电流（在不规则导体中，考虑趋肤深度以最窄边为准）。 △与频率f(w)和导线物理性能的关系为：
对付像铜这样的优秀导体，其电导率极高，以是随着频率升高，很快就表现出明显的趋肤效应。频率在6MHz多一点时趋肤深度近似1mil，大概在55MHz旁边的时候趋肤深度约0.35mil，1GHz时约0.1mil。从这些数据看，趋肤效应一定对高速旗子暗记产生很大影响。
常日在PCB基材加工过程中，铜箔表面会进行糙化处理以改进其和PCB介电材料的结合力。但粗糙的铜箔表面会导致更高的导体损耗，且随着频率的升高导体损耗将显著增加，这是由于电路的趋肤效应导致的。一样平常来说，当电路事情频率对应的趋肤深度小于或即是铜箔的表面粗糙度时，表面粗糙度的影响将变得非常显著。在毫米波频段，趋肤深度常日小于铜箔的表面粗糙度，如50GHz时的趋肤深度为0.30um。
减小电流环路
当存在一个磁场时，一个由导电材料形成的环路充当了天线，并且把磁场转换为环绕环路流动的电流。电流的强度与闭合环路的面积成正比。较小面积的环路中通过的磁通量也少，感应出的电流也较小，因此环路面积必须最小。保持旗子暗记路径和它的地返回线紧靠在一起将有助于最小化地线环路，避免涌现潜在的天线环。每根旗子暗记最好能做到与地的回流路径最短，回路面积越小，旗子暗记的抗滋扰能力越强，对外的EMI也达到最小。敏感旗子暗记用地包住，这样包地即供应了旗子暗记最短回流路径，也能肃清与其它相邻旗子暗记的滋扰。比如时钟旗子暗记，高频旗子暗记等，在PCB设计时进行包地处理，并打些地孔，可有效降落EMI。
Faraday Cage shields
通过在旗子暗记源和受影响节点之间放置导电且接地的屏蔽体(称为“法拉第屏蔽 体或者屏蔽罩”)，可将位移电流直接路由至地，从而肃清这种噪声。
利用此类屏蔽体时，值得把稳的是，法拉第屏蔽体必须接地，这点非常主要。屏蔽体浮动 或开路无一例外都会导致容性耦合噪声增加。
旁路与去耦电容，可以参考老wu之前分享的这篇文章：
http://www.mr-wu.cn/mt-101-tutorial-decoupling-techniques-analog-devices/
PCB板材对高速数字旗子暗记的影响已经不可忽略
随着数字系统的高速化发展，以前被认为微不足道的传输线损耗问题，现正在成为设计的紧张关注点。在时钟频率高于1GHz时，频率干系性传输损耗的影响已经实实在在发生了，特殊是高速 SerDes 接口，旗子暗记具有非常快的上升韶光，数字旗子暗记可以携带比自身重复频率更高频的能量，这些较高的高频能量身分，用来布局空想的快速转换的数字旗子暗记。本日的高速串行总线，在时钟速率的第 5 次谐波上每每有大量的能量集中。
现在有许多高速数字运用，速率为10 Gbit/s或更高。 这些运用利用5 GHz的基频和15 GHz，25 GHz等的谐波。在此频率范围内，大多数常见的PCB材料在介质损耗（Df）方面会有非常显著的差异，并导致严重的旗子暗记完全性的问题。这是高速数字PCB利用专为高频运用而设计的分外板材的缘故原由之一。 这些材料的配方具有低损耗因数，在很宽的频率范围内具有最小的变革。 这些板材过去常用于高频RF运用，乃至现在用于77 GHz及更高的运用。 除了介质损耗成分的改进外，这些板材还配有严格的厚度掌握和Dk掌握，更佳有利于保障旗子暗记完全性。
前几天老wu博客也有跟进2019台北电脑展上推拿店发布第三代Ryzen锐龙处理器的情形，推拿店采取7纳米的CPU除了在性能上开始压制牙膏厂之外，其配套的X570 芯片组也引入了对 PCIe 4.0 的支持，采取PCIe 4.0 NVMe的SSD也开始陆续推向市场，而估量两年后，PCIe 5.0规范也将发布。
PCIe 5.0 的数据速率将达到胆怯的 32GT/s，从而加重频率干系的插入损耗。选择的 PCB 材料会对各个区域的插入损耗产生巨大影响。
如果在设计PCB时不考虑板材对高速旗子暗记的影响，老司机也会翻车哒！
选择PCB板材时必须在知足设计需求、可量产性、本钱中间取得平衡点。大略而言，设计需求包含电气和构造可靠性这两部分。常日在设计非常高速的PCB板子（大于GHz的频率）时板材问题才会比较主要。例如，现在常用的FR-4材质，在几个GHz的频率时的介质损耗Df（Dielectricloss）会很大，可能就不适用。
高速数字电路运行速率是PCB选择考虑的紧张成分，电路的速率越高，所选PCB的Df值就该当越小。具有中，低损耗的电路板材将适宜10Gb/S的数字电路;具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路;具有超低损耗板材将适应更快的高速数字电路，其速率可以为50Gb/s或者更高。
从材料Df看：
Df介于0.01～0.005电路板材适宜上限为10Gb/S数字电路;
Df介于0.005～0.003电路板材适宜上限为25Gb/S数字电路;
Df不超过0.0015的电路板材适宜50Gb/S乃至更高速数字电路。
常用的高速板材有：
1）、罗杰斯Rogers：RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等
2）、台耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等
3）、松下Panasonic：Megtron4、Megtron6等
4）、Isola：FR408HR、IS620、IS680等
5）、Nelco：N4000-13、N4000-13EPSI等
6）、东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波等
对付高速pcb而言，在设计时须要考量材料的选择及设计等是否知足旗子暗记完全性哀求，这就哀求只管即便减小旗子暗记的传输损耗。
PCB传输损耗紧张由介质损耗、导体损耗和辐射损耗三部分组成。
当高频旗子暗记在 PCB 上从驱动器沿较长的传输线传输到吸收器时，介质材料的损耗因数对旗子暗记的影响非常大。较大的损耗因数意味着较高的介质接管。损耗因数较大的材料会影响长传输线上的高频旗子暗记。介质接管增大了高频衰减。
PCB 最常用的介质材料是 FR-4，它采取了环氧树脂玻璃叠层，可知足多种工艺条件哀求。FR-4 的 εr 在 4.1 和 4.5 之间。GETEK 是另一种可以用于高速电路板的材料。GETEK 由环氧树脂(聚苯醚)构成，εr 在 3.6 和 4.2 之间。
导体损耗
电荷流过材料导致能量损耗。外层微带线和内层带状线的导体损耗都可以细分为2个部分：直流和互换损耗。这里说的直流电是低于1MHz的电路。虽然直流损耗一样平常不适用于高速电路设计，但电阻低落会侵略多点系统（如SODIMM DDR3/4的地址、命令掌握总线布线）的逻辑电平和噪声容限。然而，板载内存常日旗子暗记线长度都小于3英寸，正因如此，没有凸显这个问题。
一个范例的5 mil宽、1.4 mil厚（1oz铜）、1英寸长的线路，通上直流电时旗子暗记通道的电阻常日是0.1欧姆/英寸。铜和大多数其他金属的体电阻率在频率靠近100 GHz以前是恒定的。不管若何，正是由于趋肤效应，引发了导体的频率干系性，如图2所示。
互换电，因其频率干系性，导体损耗呈电阻性或电感性。低频时，我们认为电阻和电感同于直流电，但随着频率的增加，在传输线和基准面上的截面电飘泊布变得不屈均，并移动到导体的外部。由于趋肤效应，电流被迫进入铜的外表面，从而大大增加了损耗。电流的重新分布使电阻增大、每单位长度的线圈电感减小。随着频率增加到超过1GHz时，电阻不断增加，线圈电感量达到一个极限值，成为外电感。频率越高，电流在导体外表面流动的趋势就越大。互换电阻将保持与直流电阻大约相等，直到频率升高到某一个点，即趋肤深度小于导体厚度时。
为什么要考虑旗子暗记完全性问题
常日设计过程是极富直觉和创造性的，要想尽快完成合格设计，引发关于旗子暗记完全性的设计直觉至关主要。设计产品的设计师应理解旗子暗记完全性如何影响整 个产品的性能。
旗子暗记完全性问题紧张造成以下三种影响和后果
a、时序
b、噪声
c、电磁滋扰(EMI)
所有与旗子暗记完全性噪声问题有关的效应都与以下四类噪声源有关:
A、单一网络的旗子暗记完全性当旗子暗记沿一网络传播时，如果碰着阻抗突变，则会产生反射和失落真，旗子暗记受到的阻抗变革有以下几种情形:
a、线宽变革;
b、层转换;返回路径平面上的间隙;
d、接插件;
e、分支线、T型线或桩线;
f、网络末端。
B、网络间的串扰;
C、轨道塌陷噪声;
当通过电源和地路径的电流发生变革时，在电源路径和地路径间的阻抗年夜将产生一个压降。设计电源和地分配的目标是使电源分配系统(PDS)的 阻抗最小
D、来自全体系统的电磁滋扰和辐射。
视频中还科普了许多我们平时进行PCB Layout时该当要理解的知识点，如：
线宽与阻抗的关系
铜厚
PCB表面处理
盘中孔
HDI
传输线的观点
Stubs对旗子暗记完全性的影响
等等
要进行高效的PCB设计，你得考虑构造尺寸的限定，仔细阅读器件手册，选择得当的器件封装，事理图顶层设计，PCB电源供应系统的设计以及电源完全性的考量，PCB设计层数及层叠构造的设计，识别旗子暗记回流路径以及元器件布局的划分，板材的选择以及板厂的加工工艺的制约成分，DFM设计以及本钱掌握等等。
读到这里，你是不是溘然创造自己不会进行PCB设计了？
不会手解麦克斯韦方程组，不懂电磁场理论，不理解旗子暗记完全性理念，电路布局好迷茫，还能不能好好拉线了？
别哭，无论是躺在宝马引擎盖上哭还是坐着自行车后座上哭，老wu都不许可。
好好关注老wu的博客公众年夜众号千万别取关，后续的文章会逐步进行手把手讲解，还会定期送出精美礼物哦。
