單端和差分信號的PCB布線(xiàn)規則

2021-04-16

單端和差分信號的PCB布線(xiàn)規則

在區分為“慢”或“快”信號之間的區分似乎是任意的，并且可能取決于您詢(xún)問(wèn)的人。一個(gè)相關(guān)的主題是PCB走線(xiàn)在電氣上是“短”還是“長(cháng)”，您可能會(huì )在該主題上發(fā)現同樣多的分歧。無(wú)論您是要在PCB中路由慢速信號還是快速信號，走線(xiàn)都需要遵循一些PCB布線(xiàn)規則，以確保您的電路板按預期工作。

像許多其他程序時(shí)，Altium Designer ?有助于使這一過(guò)程變得簡(jiǎn)單，但Altium Designer中更進(jìn)了位，并分離為慢速和快速的信號轉化為自己的類(lèi)別PCB布線(xiàn)規則。開(kāi)始在組件之間路由信號之前，您需要查看您的設計規則，并將其調整為符合信號標準。在開(kāi)始圍繞PCB布線(xiàn)信號之前，需要設置以下重要的PCB布線(xiàn)規則。

單端信號的PCB布線(xiàn)規則

關(guān)于PCB布線(xiàn)規則，最需要注意的一點(diǎn)是，布線(xiàn)標準不一定將自己定義為“低速”或“高速”。這種區別在很大程度上是由PCB設計人員創(chuàng )建和延續的，并且很大程度上是由于信號上升時(shí)間變得非?？欤ㄐ∮?span>1 ns）時(shí)出現的信號完整性問(wèn)題而引起的。因此，在設置設計規則時(shí)，了解信號標準中的約束就變得尤為重要，無(wú)論您處理的是慢速還是快速信號。

查找所需設計規則的第一個(gè)地方是信令標準的文檔。大多數標準的文檔可在線(xiàn)免費獲得。隨著(zhù)創(chuàng )建更多設計，您將對這些標準更加熟悉，并且知道在設計中設置哪些規則。適用于單端信號許多標準的一些最常見(jiàn)的PCB布線(xiàn)規則是：

匹配的長(cháng)度。對于總線(xiàn)標準或帶有源同步時(shí)鐘的并行數據路由，您需要在一定容差范圍內對組中的所有網(wǎng)絡(luò )強制執行長(cháng)度匹配。在路由時(shí)，這是通過(guò)向網(wǎng)絡(luò )添加長(cháng)度調整結構來(lái)完成的。 

通過(guò)過(guò)渡。一些標準建議限制通孔過(guò)渡的數量，以防止過(guò)多的損耗，反射和其他寄生效應。 

最大長(cháng)度。有時(shí)會(huì )為給定的損耗正切值指定網(wǎng)的最大長(cháng)度，以防止信號過(guò)度衰減。如果您使用的是低損耗層壓板，則可以根據損耗角正切值的差異來(lái)延長(cháng)長(cháng)度。 

間隙。跡線(xiàn)必須與不屬于網(wǎng)絡(luò )的其他對象（焊盤(pán)，組件，平面等）保持分開(kāi)。這樣可確?？芍圃煨?，減少不必要的寄生現象，并在高壓設計中提供ESD保護。

寬度和阻抗。這兩個(gè)量相互關(guān)聯(lián)，用于高速設計中的受控阻抗。了解如何將阻抗和走線(xiàn)寬度指定為PCB布線(xiàn)規則。 

所有這些設計規則以及更多其他設計規則都可以 在Altium Designer的PCB規則和約束編輯器中進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。如果您需要為一組網(wǎng)絡(luò )分配相同的PCB布線(xiàn)規則（對于單端信號組非常常見(jiàn)），最快的方法是將一組中的所有網(wǎng)絡(luò )分配給一個(gè)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)別。您可以從“ PCB編輯器”窗口中的“設計”→“類(lèi)”選項（請參見(jiàn)下文）訪(fǎng)問(wèn)此功能。將網(wǎng)絡(luò )分配給類(lèi)別后，可以使用PCB規則和約束編輯器將設計規則分配給單個(gè)網(wǎng)絡(luò )或網(wǎng)絡(luò )類(lèi)別。

其他可能不適用于特定信令標準的PCB布線(xiàn)規則也用于幫助確保您的設計井井有條。路由拓撲和路由層限制是兩個(gè)主要的示例。對于更高級的設計，例如具有BGA占用空間的組件，您可以使用設計規則來(lái)配置扇出策略。處理差分對需要一組自己的設計規則，如下一節所示。

差分對路由規則

差分對是唯一的，因為可以將慢速和快速信號作為差分對進(jìn)行路由。無(wú)論信號是快還是慢，差分對仍然需要遵守一些通常對單端信號強制執行的設計規則。差分對要考慮的四個(gè)重要設計規則是：

阻抗公差。即使您的布線(xiàn)長(cháng)度小于臨界長(cháng)度，也最好咬一下子線(xiàn)，為差分對創(chuàng )建阻抗曲線(xiàn)，除非您的信令標準另有規定。其他幾何約束將取決于沿差分對的允許阻抗變化。 

最大解耦長(cháng)度。這告訴您最長(cháng)的距離是差分對的兩側可以保持不耦合（即，相隔較大的距離）。這很重要，因為未耦合部分看起來(lái)像阻抗不連續，因此它必須足夠短。 

長(cháng)度匹配。請記住，差分信號是通過(guò)獲取兩個(gè)信號之間的差來(lái)讀取的，因此這兩個(gè)信號需要同時(shí)到達接收器。更快的信號需要更小的長(cháng)度匹配容差。 

最大凈長(cháng)度。就像單端信號一樣，差分信令標準可能具有最大長(cháng)度限制。以CAN總線(xiàn)為例；即使這是慢速標準，最大鏈接長(cháng)度（PCB走線(xiàn)+電纜）也將取決于您將在系統中使用的數據速率。 

在Altium Designer中，您可以在PCB規則和約束編輯器的“路由”→“差分對路由”區域中為上面的前兩點(diǎn)設置設計規則。其他兩點(diǎn)可以在“高速”區域中解決。如下圖所示：

如果您正在使用高速差分對，則上面討論的任何其他標準高速設計規則都可以應用于差分對。請注意，最簡(jiǎn)單的方法是將相關(guān)的差分對分配給“差分對網(wǎng)絡(luò )類(lèi)別”，然后選擇將由每個(gè)設計規則控制的類(lèi)別。

如果在“對象匹配的位置”下拉菜單中未將設計規則配置為接受差分對網(wǎng)絡(luò )類(lèi)，則可以使用查詢(xún)生成器創(chuàng )建自定義查詢(xún)。如下所示，用于為差分對網(wǎng)絡(luò )類(lèi)分配最大長(cháng)度（在PCB規則和約束編輯器的“高速”區域中找到）。

就像單端網(wǎng)絡(luò )一樣，在開(kāi)始設置PCB布線(xiàn)規則之前，請閱讀有關(guān)信號標準的文檔。在這里，您可以找到差分信令標準的相關(guān)設計規則信息（通常在標準的“物理層”部分中）。在開(kāi)始路由差分對之前，以了解如何創(chuàng )建阻抗曲線(xiàn)，如何將網(wǎng)絡(luò )分配給差分對網(wǎng)絡(luò )類(lèi)別以及為這些類(lèi)別設置一些設計規則。

我們仍然沒(méi)有研究快速信號的信號完整性規則，到目前為止，您可能已經(jīng)注意到Altium Designer包含專(zhuān)門(mén)用于解決信號完整性問(wèn)題的設計約束。您可以按照將設計規則添加到單端網(wǎng)絡(luò )和差分對所遵循的相同過(guò)程來(lái)分配這些PCB布線(xiàn)規則。Altium Designer中的這些功能使您可以完全控制設計并幫助您成功進(jìn)行布線(xiàn)。