阻抗控制布線(xiàn)和您的 PCB 設計規則

2021-07-17

阻抗控制布線(xiàn)和您的 PCB 設計規則

一旦開(kāi)始設計高速或高頻 PCB，走線(xiàn)中的阻抗就成為設計過(guò)程中需要考慮的關(guān)鍵參數。信號源、負載和連接它們的每條跡線(xiàn)之間的阻抗不匹配會(huì )破壞信號。Altium Designer 無(wú)需手動(dòng)計算 PCB 中每條走線(xiàn)的阻抗，而是通過(guò)集成的場(chǎng)解算器幫助阻抗控制布線(xiàn)。這簡(jiǎn)化了您的設計過(guò)程并確保阻抗計算在整個(gè)布局中準確無(wú)誤。

一個(gè)完全統一、嚴格規則驅動(dòng)的 PCB 設計平臺，用于高速 PCB 設計中的阻抗控制布線(xiàn)。

當高速 PCB 中的走線(xiàn)寬度值指定不正確時(shí)，信號問(wèn)題會(huì )比比皆是。反射、振鈴和過(guò)沖由 PCB 上的走線(xiàn)導致，而沒(méi)有有效的阻抗控制布線(xiàn)。不匹配的發(fā)生是由于阻抗不連續性，例如走線(xiàn)寬度變化、缺少端接、T 型短截線(xiàn)或分叉走線(xiàn)、布線(xiàn)層之間的過(guò)孔、大電源平面不連續性和連接器轉換。

您的 PCB 設計軟件不應重新發(fā)明輪子，而是應集成信號完整性工具，以確保在整個(gè)布局過(guò)程中實(shí)現精確的阻抗控制。許多走線(xiàn)阻抗值根本無(wú)法手動(dòng)計算，您需要一些方法來(lái)確保每個(gè)信號到達其目的地而不會(huì )產(chǎn)生過(guò)多的損失或失真。Altium Designer 具有阻抗控制布線(xiàn)和許多其他高速設計核心任務(wù)所需的信號完整性工具。以下是您在高速設計和分析中需要注意的事項。

阻抗控制路由始于正確的計算器

在某些情況下，阻抗計算器非常有用，因為它們允許您通過(guò)確定完美的寬度來(lái)計算隔離走線(xiàn)的阻抗，以防止信號反射。定義跡線(xiàn)阻抗的方程式特定于跡線(xiàn)的幾何形狀，并且假設跡線(xiàn)與板上的任何其他跡線(xiàn)隔離。在實(shí)際 PCB 中，情況并非如此，因為跡線(xiàn)以電容性和電感性方式相互耦合。任何耦合的強度都會(huì )影響信號組的阻抗，并受基板介電常數的影響。

并不是走線(xiàn)阻抗計算器不準確，而是它們在適用性方面存在局限性。例如，不對稱(chēng)帶狀線(xiàn)差分對中的跡線(xiàn)阻抗方程包括介電常數和幾何形狀的近似值。其他計算器將對同一系統使用不同的方程，具體取決于公式推導中使用的相關(guān)近似值。大多數計算器允許您放置超出常見(jiàn)跡線(xiàn)幾何形狀（微帶線(xiàn)與帶狀線(xiàn)）近似范圍的無(wú)效值，從而產(chǎn)生不準確的結果。

獲得最準確的阻抗計算

通過(guò)調整走線(xiàn)寬度和與參考平面的距離，可以將走線(xiàn)調諧到所需的阻抗值。確保阻抗受控布線(xiàn)還需要了解基板的介電常數和所需的走線(xiàn)寬度。同時(shí)考慮電路板中這兩種特性的最準確方法是使用帶有集成場(chǎng)解算器的阻抗計算器。這將有助于您在布線(xiàn)每條跡線(xiàn)和創(chuàng )建 PCB 布局時(shí)使用其他設計和信號分析工具。

如果您不熟悉阻抗失配可能引起的信號完整性問(wèn)題，那么您應該在高速設計中使用信號完整性工具采取一些基本步驟。

走線(xiàn)阻抗計算器可以幫助您確定適合電路板的走線(xiàn)寬度。您需要知道基板在相關(guān)頻率下的介電常數以及層堆疊中的一些參數。

您的層堆棧將影響您的走線(xiàn)阻抗，在定義設計規則和布線(xiàn)時(shí)應考慮到這一點(diǎn)。

在 Altium Designer 中定義差分阻抗控制的布線(xiàn)配置文件

設計規則中的阻抗計算

您的設計規則旨在確保您的印刷電路板按預期運行。如果您不確定如何最好地在組件之間布線(xiàn)、將組件放置在接地層/電源層的位置，或者您是否正確設計了焊盤(pán)和過(guò)孔，那么您的設計規則可以幫助您檢查。

您的設計規則不僅僅用于檢查組件放置。布局中的某些特征（如走線(xiàn)寬度、走線(xiàn)長(cháng)度和過(guò)孔）對其幾何形狀和間距具有重要的規則和約束，應遵循這些規則和約束。這一切都是為了保持信號完整性并確保您的電路板能夠可靠地制造。如果您的 PCB 設計軟件具有強大的規則檢查引擎，您可以防止信號完整性并確保您的設備在離開(kāi)生產(chǎn)線(xiàn)后立即正常工作。

EDA 工具包含用于確定傳播延遲、適當走線(xiàn)長(cháng)度和走線(xiàn)阻抗的計算器。如果您使用帶有集成場(chǎng)解算器的 PCB 設計應用程序，您可以在創(chuàng )建布局時(shí)檢查 PCB 設計的所有這些方面。當您在電路板的任何層上布線(xiàn)銅跡線(xiàn)時(shí)，同一個(gè)場(chǎng)解算器將檢查布局的所有這些方面。然后，您可以直觀(guān)地看到您的走線(xiàn)何時(shí)具有正確的阻抗和傳播延遲，您可以在 PCB 設計規則中輕松定義這兩者。

在 Altium Designer 中檢查差分對的走線(xiàn)長(cháng)度匹配。

確保您的布局符合您的設計約束

確保您的布局符合您應用的相關(guān)約束需要為您的新板定義設計規則。這不僅有助于確保每一層的走線(xiàn)寬度和長(cháng)度一致等重要任務(wù)，還可以確保整個(gè)印刷電路板的阻抗一致。強大的規則編輯器是您在創(chuàng )建電路板原理圖時(shí)首先訪(fǎng)問(wèn)的功能之一，但它有助于確保您的電路板正確運行并且可大規模制造。

您的 PCB 軟件應該可以在單個(gè)界面中輕松處理高速設計規則和約束。

使用差分對時(shí)，您的走線(xiàn)間距和幾何形狀將決定每條走線(xiàn)和差分對的阻抗。這是您可以在設計規則中指定的眾多參數之一。

阻抗控制布線(xiàn)有時(shí)需要在不同組件處端接走線(xiàn)，例如在布線(xiàn) LVDS 時(shí)。您的 PCB 軟件應該具有適應性，并允許您應用任何端接方法。

Altium Designer 中的設計規則編輯器

最先進(jìn)的阻抗控制模型

獲得極其準確的阻抗計算需要考慮基板介電常數的分散和典型 PCB 跡線(xiàn)的復雜幾何形狀。在線(xiàn)計算器根本行不通。您可以手動(dòng)進(jìn)行一些計算，但最容易確保電路板阻抗一致的方法是使用帶有集成場(chǎng)解算器的布線(xiàn)工具。這允許您在 PCB 中設計任何寬度和排列的阻抗控制走線(xiàn)。

PCB 跡線(xiàn)的高級建模工具需要一個(gè)精確的介電常數色散模型。這些功能還需要與您的 PCB 設計軟件中的設計規則集成，以創(chuàng )建高效的設計環(huán)境。這是您可以在 Altium Designer 中找到的環(huán)境類(lèi)型，Altium Designer 是世界上唯一的完全集成的印刷電路板設計平臺。

Altium Designer 中的統一設計環(huán)境

Altium Designer 將規則檢查、信號完整性和 DFM 置于設計過(guò)程的核心。所有信號分析和設計驗證工具都可以與您的 CAD 功能和布線(xiàn)工具協(xié)同工作。PCB 設計行業(yè)的其余部分仍然將這些功能分離到具有不同工作流程的不同程序中。不是在相同的舊范式下工作，是時(shí)候投入到統一設計中了。

規則驅動(dòng)的設計引擎是 Altium Designer 的核心。這種獨特的軟件架構允許您的信號完整性工具和場(chǎng)解算器在您創(chuàng )建電路板時(shí)快速驗證布局的各個(gè)方面。

當您需要設計具有一致阻抗的走線(xiàn)幾何形狀時(shí)，您可以使用 Altium Designer 中的集成場(chǎng)解算器。該工具在大多數常見(jiàn)跡線(xiàn)幾何形狀的計算中包括銅粗糙度。

一致的阻抗控制布線(xiàn)需要使用層堆棧管理器自定義您的電路板。Altium Designer 包括最好的層堆棧管理器，用于設計印刷電路板中的走線(xiàn)寬度和阻抗。

Altium Designer 中的統一設計環(huán)境將您的所有設計功能整合到一個(gè)界面中。這些工具旨在作為單一平臺的一部分協(xié)同工作，適用于任何應用，包括高級高速板和 HDI 設計。如果您想計算完美的走線(xiàn)寬度和阻抗，Altium Designer 擁有您成功所需的工具。