【導讀】隨著(zhù)現代數字電子系統突破1GHz的壁壘，PCB板級設計和IC封裝設計必須都要考慮到信號完整性和電氣性能問(wèn)題。凡是介入物理設計的人都可能會(huì )影響產(chǎn)品的性能。所有的設計師都應該了解設計如何影響信號完整性，至少能夠和信號完整性專(zhuān)業(yè)的工程師進(jìn)行技術(shù)上的溝通。當快速地得到粗略的結果比以后得到精確的結果更重要時(shí)，我們就使用經(jīng)驗法則。
經(jīng)驗法則只是一種大概的近似估算，它的設計目的是以最小的工作量，以經(jīng)驗為基礎找到一個(gè)快速的答案。經(jīng)驗法則是估算的出發(fā)點(diǎn)，它可以幫助我們區分5或50，而且它能幫助我們在設計的早期階段就對設計有較好的整體規劃。在速度和精度的權衡之間，經(jīng)驗法則傾向于速度，但它并不是很準確。
當然，不可以盲目的使用經(jīng)驗法則，它必須基于對基本理論的深刻了解和良好的工程判斷能力。
當精確度很重要時(shí)，例如在設計中某個(gè)數值偏離百分之幾就要付出百萬(wàn)美元的代價(jià)，就必須使用驗證過(guò)的數值仿真工具。
估計信號完整性效應的經(jīng)驗法則（1-50）：
1、信號上升時(shí)間約是時(shí)鐘周期的10%，即1/10*1/Fclock。例如100MHz時(shí)鐘的上升時(shí)間大約是1NS。
2、理想方波N次諧波的振幅約是時(shí)鐘電壓副值的2/（Nπ）倍。例如，1V時(shí)鐘信號的第一次諧波幅度約為0.6V，第三次諧波的幅度約是0.2V。
3、信號的帶寬和上升時(shí)間的關(guān)系為：BW=0.35/RT。例如，如果上升時(shí)間是1ns，則帶寬是350MHz。如果互連線(xiàn)的帶寬是3GHz，則它可傳輸的最短上升時(shí)間約為0.1ns。
4、如果不知道上升時(shí)間，可以認為信號帶寬約是時(shí)鐘頻率的5倍。
5、LC電路的諧振頻率是5GHz/sqrt（LC），L的單位為nH，C的單位為pF。
6、在400MHz內，軸向引腳電阻可以看作理想電阻；在2GHz內，SMT0603電阻可看作理想電阻。
7、軸向引腳電阻的ESL（引腳電阻）約為8nH，SMT電阻的ESL約是1.5nH。
8、直徑為1mil的鍵合線(xiàn)的單位長(cháng)度電阻約是1歐姆/inch。
9、24AWG線(xiàn)的直徑約是20mil，電阻率約為25毫歐姆/ft。
10、1盎司銅線(xiàn)條的方塊電阻率約是每方塊0.5毫歐姆。
11、在10MHz時(shí)，1盎司銅線(xiàn)條就開(kāi)始具有趨膚效應。
12、直徑為1inch球面的電容約是2pF。
13、硬幣般大小的一對平行板，板間填充空氣時(shí)，它們間的電容約為1pF。
14、當電容器量板間的距離與板子的寬度相當時(shí)，則邊緣電容與平行板形成的產(chǎn)生的電容相等。例如，在估算線(xiàn)寬為10mil、介質(zhì)厚度為10mil的微帶線(xiàn)的平行板電容時(shí)，其估算值為1pF/inch，但實(shí)際的電容約是上述的兩倍，也就是2pF/inch。
15、如果問(wèn)對材料特性一無(wú)所知，只知道它是有機絕緣體，則認為它的介電常數約為4。
16、1片功率為1W的芯片，去耦電容（F）可以提供電荷使電壓降小于5%的時(shí)間（S）是C/2。
17、在典型電路板中，當介質(zhì)厚度為10mil時(shí)，電源和地平面間的耦合電容是100pF/inch2，并且它與介質(zhì)厚度成反比。
18、如果50歐姆微帶線(xiàn)的體介電常數為4，則它的有效介電常數為3。
19、直徑為1mil的圓導線(xiàn)的局部電感約是25nH/inch或1nH/mm。
20、由10mil厚的線(xiàn)條做成直徑為1inch的一個(gè)圓環(huán)線(xiàn)圈，它的大小相當于拇指和食指圍在一起，其回路電感約為85nH。
21、直徑為1inch的圓環(huán)的單位長(cháng)度電感約是25nH/inch或1nH/mm。例如，如果封裝引線(xiàn)是環(huán)形線(xiàn)的一部分，且長(cháng)為0.5inch，則它的電感約是12nH。
22、當一對圓桿的中心距離小于它們各自長(cháng)度的10%時(shí)，局部互感約是各自的局部互感的50%。
23、當一對圓桿中心距與它們的自身長(cháng)度相當時(shí)，它們之間的局部互感比它們各自的局部互感的10%還要少。
24、SMT電容（包括表面布線(xiàn)、過(guò)孔以及電容自身）的回路電感大概為2nH，要將此數值降至1nH以下還需要許多工作。
25、平面對上單位面積的回路電感是33pH x 介質(zhì)厚度（mil）。
26、過(guò)孔的直徑越大，它的擴散電感就越低。一個(gè)直徑為25mil過(guò)孔的擴散電感約為50pH。
27、如果有一個(gè)出沙孔區域，當空閑面積占到50%時(shí)，將會(huì )使平面對間的回路電感增加25%。
28、銅的趨膚深度與頻率的平方跟成反比。1GHz時(shí)，其為2μM。所以，10MHz時(shí)，銅的趨膚是20μM。
29、在50歐姆的1盎司銅傳輸線(xiàn)中，當頻率約高于50MHz時(shí)，單位長(cháng)度回路電感為一常數。這說(shuō)明在頻率高于50MHz時(shí)，特性阻抗時(shí)一常數。
30、銅中電子的速度極慢，相當于螞蟻的速度，也就是1cm/s。
31、信號在空氣中的速度約是12inch/ns。大多數聚合材料中的信號速度約為6inch/ns。
32、大多數輾壓材料中，線(xiàn)延遲1/V約是170ps/inch。
33、信號的空間延伸等于上升時(shí)間 X 速度，即RT x 6inch/ns。
34、傳輸線(xiàn)的特性阻抗與單位長(cháng)度電容成反比。
35、FR4中，所有50歐姆傳輸線(xiàn)的單位長(cháng)度電容約為3.3pF/inch。
36、FR4中，所有50歐姆傳輸線(xiàn)的單位長(cháng)度電感約為8.3nH/inch。
37、對于FR4中的50歐姆微帶線(xiàn)，其介質(zhì)厚度約是線(xiàn)寬的一半。
38、對于FR4中的50歐姆帶狀線(xiàn)，其平面間的間隔是信號線(xiàn)線(xiàn)寬的2倍。
39、在遠小于信號的返回時(shí)間之內，傳輸線(xiàn)的阻抗就是特性阻抗。例如，當驅動(dòng)一段3inch長(cháng)的50歐姆傳輸線(xiàn)時(shí)，所有上升時(shí)間短于1ns的驅動(dòng)源，在沿線(xiàn)傳輸并發(fā)生上升跳變時(shí)間內感受到的就是50歐姆恒定負載。
40、一段傳輸線(xiàn)的總電容和時(shí)延的關(guān)系為C=TD/Z0。
41、一段傳輸線(xiàn)的總回路電感和時(shí)延的關(guān)系為L(cháng)=TDxZ0。
42、如果50歐姆微帶線(xiàn)中的返回路徑寬度與信號線(xiàn)寬相等，則其特性阻抗比返回路徑無(wú)限寬時(shí)的特性阻抗高20%。
43、如果50歐姆微帶線(xiàn)中的返回路徑寬度至少是信號線(xiàn)寬的3倍，則其特性阻抗與返回路徑無(wú)限寬時(shí)的特性阻抗的偏差小于1%。
44、布線(xiàn)的厚度可以影響特性阻抗，厚度增加1mil，阻抗就減少2歐姆。
45、微帶線(xiàn)內部的阻焊厚度會(huì )使特性阻抗減小，厚度增加1mil，阻抗減少2歐姆。
46、為了得到集總電路的精確近似，在每個(gè)上升時(shí)間的空間延伸里至少需要有3.5個(gè)LC節。
47、單節LC模型的帶寬是0.1/TD。
48、如果傳輸線(xiàn)時(shí)延比信號上升時(shí)間的20%短，就不需要對傳輸線(xiàn)進(jìn)行端接。
49、在50歐姆系統中，5歐姆的阻抗變化引起的反射系數是5%。
50、保持所有的突變（inch）盡量短于上升時(shí)間（ns）的量值。
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