1856
随着电子技术的发展，电子产品的功能和性能需求越来越多样化，既有需要高速处理和传输的应用，也有对速度要求不高但需要稳定可靠的低速应用。高速电路在现代通信、计算、存储等领域中起着关键作用。低速电路在许多传统和基础应用中仍然占据重要地位，如家电控制、传感器接口等。低速电路的PCB layout设计相对简单，但同样需要考虑稳定性和可靠性。那么如何区分高速电路和低速电路对工程师有指导意义。
1.高速电路和低速电路的应用场景：
1.1.低速电路应用场景
低速电路适用于对速度要求不高但需要稳定可靠的应用场景。以下是一些典型的低速电路应用场景：
1.家电控制：如洗衣机、冰箱、空调等家电的控制电路。
4.汽车电子：如车灯控制、车门控制、座椅调节等。
低速电路在控制领域、数据采集领域应用特别多，在短时间内不需要进行大批量的数据处理，但是对稳定性要求会比较高。比如安防领域的烟雾报警器，医疗器械领域的监护仪。
1.2.高速电路的应用场景
高速电路通常用于需要快速数据处理和传输的应用场景。以下是一些典型的高速电路应用场景：
2.计算机和服务器：包括CPU、GPU、内存、硬盘接口（如NVMe SSD）等。
3.数据中心：用于大规模数据处理和存储的高性能计算设备。
4.视频处理：如高清视频编码解码、图像处理、视频流传输等。
5.高速接口：如USB 3.0/3.1、PCIe、HDMI、DisplayPort等。
高速电路在通讯设备，音视频处理等需要在短时间进行大量数据交互和数据处理的场景中应用特别多，比如手机，电脑，服务器，路由器。
1.3.高速电路设计比低速电路设计强吗
有些人觉得做高速电路产品的工程师都比低速电路产品的工程师要强，我个人认为只有PCB Layout的时候高速电路要比低速电路需要注意更多的细节，但是从电路原理图设计、程序编写、器件选型等，真的不能说高速就比低速强。我觉得高速和低速只是产品应用场景不太一样。
如果这个时候，还觉得高速比低速强。那举一个的例子：
假设有一个病人在医院住院需要打点滴，大概需要从晚上20点打到凌晨3点，输A药200ml，B药100ml，C药100ml等等，以前小时候就是得注意点滴打多少了，到了一定量，就喊家人或者医生换点滴瓶。但是对医院的护士来说管很多病人，每天这样换药换点滴，要是当时有其他急事，就可能存在有些病人点滴没及时换。这时候有出现了自动输液机，把点滴放到机器上，设定好用量，设定好时间，就能按时按量给病人打多少。医院里相信大家见到过这种输液机。
这个输液机只是执行几个控制功能吧，so easy ，难度不大。但是你想一下能不能像你的电脑手机一样，出现一丁点的卡机或者死机，或者任何的不稳定，这样你敢用吗。
高速电路和低速电路设计都要考虑的：芯片选型、阻容感等器件选型、电源管理、EMC和防静电，其余方面两者的侧重点不一样，只是两者侧重点不一样。由ARM公司发出的A系列，R系列，M系列的芯片架构侧重点不一样。A系列更偏重于性能，比如苹果电脑手机里就用A13，M系列更偏重于控制和实时性，比如STM32和GD32。
2.高速电路和低速电路的如何区分
高速电路和低速电路的区别，简单来说就是分布式系统思维和集总式系统思维的区别，想必大家都学过电路分析、电磁场与电磁波这两门课。电路分析的基尔霍夫定律KCL、KVL就是在集总式系统条件下的定理。电磁场中电场产生磁场，能量有转换，不能再简单的认为信号能量不会衰减，辐射等等。
但是高速电路和低速电路真的只是根据频率来区分吗？
对于极高频信号（1GHz以上），直接当成高速信号处理。对于1GHz以下的，高速与低速的区分，取决于信号频率和信号传输路径的长度，我想有必要进行一个定性定量的探讨：
首先要弄清楚一个误区：信号周期频率高的才属于高速设计，事实上，设计中需要考虑的最高频率往往取决于信号的有效频率（或者称为转折频率）Fknee。
2.1.Fknee有效频率是什么
Fknee的定义：在傅里叶变换中可以了解到，信号都是由频率为f的正弦波及其奇数次谐波组成。理想幅值VN=2/（3.14*N），可知各级谐波分量的幅值与其频率（次数N）成反比。而现实生活中，各级谐波分量幅值要比计算出的对应分量理想幅值VN下降的更快，当现实幅值下降到对应分量理想幅值VN的70%，定义该谐波分量的幅值为信号的有效频率Fknee。
工程实践中，我们通常不会这么文邹邹。下面是Fknee简单的定义：关于有效频率Fknee=0.5/Tr（10%~90%），Tr指信号从10%幅值到90%幅值的上升时间。
如何计算Fknee：在有测试板等现成电路时，可以直接测信号10%到90%的上升时间进行判定；若没有现成电路，则取7倍的信号周期频率Fclock为信号的有效频率Fknee即可。
2.2.区分高速和低速的步骤：
1.获取信号的有效频率Fknee以及信号传输路径（信号线）的长度L；
信号传输路径长度就是，该信号从哪里出发，到达终点走过了多远的路。
2.计算有效波长λknee，利用C=F*λ；C为电传输的速度，略低于光速，但可以看成光速。
3.将L与1/6*λknee做比较，若L＞1/6λknee，则为高速信号，否则为低速信号。
3.高速电路与低速电路的PCB板设计
高速电路和低速电路的PCB板在设计和制造上有许多不同之处，但也有一些共同点。以下是对高速电路和低速电路PCB板的异同进行详细分析：
3.1.相同点
1. 基本材料
无论是高速电路还是低速电路，PCB板的基本材料通常都是FR-4（环氧树脂玻璃纤维布层压板）。当然，高速电路在某些情况下可能会使用更高性能的材料，如陶瓷基板或高频材料（如Rogers材料）。
2. 制造工艺
两者在制造工艺上有许多相似之处，如蚀刻、钻孔、电镀、丝印等基本工艺步骤。
3. 设计软件
高速电路和低速电路的PCB设计软件有Altium Designer、Cadence Allegro、Mentor Graphics PADS、JLC-EDA等。
这是一张高速电路PCB Layout设计的图片，可以看出，里面的布线是很紧密的。
3.2.不同点
1.层数
高速电路：通常需要多层PCB（4层、6层、甚至更多），以确保信号完整性和电源稳定性。
低速电路：一般使用单层或双层或者四层PCB，设计相对简单。
2.信号完整性
高速电路：需要特别关注信号完整性问题，如反射、串扰、时序误差等。设计中会使用差分对、阻抗控制、地平面等技术。
低速电路：信号完整性问题较少，设计中不需要特别关注这些问题。
3.电源管理
高速电路：对电源的要求较高，需要稳定的电源供应和良好的电源去耦。通常会使用多个电源层和去耦电容。
低速电路：对电源的要求相对较低，设计中电源层和去耦电容的使用较少。
4.电磁干扰（EMI）
高速电路：更容易产生电磁干扰，需要采取屏蔽、滤波等措施来抑制干扰。设计中会使用屏蔽层、滤波器等。
5.布线规则
高速电路：布线规则较为严格，需要考虑阻抗匹配、差分对布线、过孔数量和位置等。
低速电路：布线规则相对宽松，不需要特别考虑阻抗匹配和差分对布线。
6.热管理
高速电路：通常功耗较高，需要良好的热管理。设计中会使用热导通孔、散热片等。
低速电路：功耗较低，热管理问题较少。
7.测试和验证
高速电路：需要进行复杂的测试和验证，如信号完整性分析、时序分析、EMI测试等。
低速电路：测试和验证相对简单，主要关注功能测试和基本的电气性能测试。
3.3.板层与制造工艺
对于针对低速电路的PCB设计，那么我们选用单层，双层，复杂点的选4层PCB也差不多足够了，这样在实现功能的同时，也可以做到节省成本。
但是对于高速电路设计，存在许多高速信号线、有BGA封装的引脚需要把线扇出，这个时候可能需要用到6层、8层、10多层的设计。这个时候可能需要考虑性能与成本综合因素。很多高速电路板在布线难的情况下使用了很多盲埋孔、盘中孔等特殊的工艺，甚至有的在PCB上镀金镀银来达到性能要求，这样对于PCB的成本会比较高。
在这里，我有一些提高PCB电路板性能上的工艺推荐：据我了解，国内的板厂里面，许多家都改进了生产工艺，以嘉立创来说，在6层及以上的电路板上盘中孔工艺可以免费使用，在紧密布局布线方便很多，然后在PCB表面处理工艺上，它们家使用沉金工艺，免费加厚，1U’’的价格2U’’的品质，焊盘表面平整，在焊接性能上对于BGA这种焊盘，能有效防止虚焊漏焊。
4.总结
本文从高速电路和低速电路的应用场景、到如何区分高低速电路、最后再讲到高速电路和低速电路在PCB板的设计上有何区别。关于高速电路设计和低速电路设计还有需要注意的，大家可以评论区提出来进行讨论。
