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                  華瀾

                  PCB設計基礎知識之一:PCB Layout的三種特殊走線技巧

                  時間:2018-11-1
                  布線(Layout)是PCB設計工程師最基本的工作技能之一。走線的好壞將直接影響到整個系統的性能,大多數高速的設計理論也要最終經過Layout得以實現并驗證,由此可見,布線在高速PCB設計中是至關重要的。
                  下面主要從直角走線,差分走線,蛇形線等三個方面來闡述PCB Layout特殊走線技巧。
                   
                  一、直角走線
                  直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況,也幾乎成為衡量布線好壞的標準之一,那么直角走線究竟會對信號傳輸產生多大的影響呢?從原理上說,直角走線會使傳輸線的線寬發生變化,造成阻抗的不連續。其實不光是直角走線,頓角,銳角走線都可能會造成阻抗變化的情況。直角走線的對信號的影響就是主要體現在三個方面:一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負載,減緩上升時間;二是阻抗不連續會造成信號的反射;三是直角尖端產生的EMI。
                   
                  二、差分走線(“等長、等距、參考平面”)
                  何為差分信號(Differential Signal)?通俗地說就是驅動端發送兩個等值、反相的信號,接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。差分信號和普通的單端信號走線相比,最明顯的優勢體現在以下三方面:
                  1、抗干擾能力強,因為兩根差分走線之間的耦合很好,當外界存在噪聲干擾時,幾乎是同時被耦合到兩條線上,而接收端關心的只是兩信號的差值,所以外界的共模噪聲可被完全抵消。
                  2、能有效抑制EMI,同樣的道理,由于兩根信號的極性相反,他們對外輻射的電磁場可以相互抵消,耦合的越緊密,泄放到外界的電磁能量越少。
                  3、時序定位精確,由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點,而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷,因而受工藝,溫度的影響小,能降低時序上的誤差,同時也更適合于低幅度信號的電路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指這種小振幅差分信號技術。
                   
                  三、蛇形線(調節延時)
                  蛇形線是Layout中經常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調節延時,滿足系統時序設計要求。其中最關鍵的兩個參數就是平行耦合長度(Lp)和耦合距離(S),很明顯,信號在蛇形走線上傳輸時,相互平行的線段之間會發生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,則耦合程度也越大?赡軙䦟е聜鬏斞訒r減小,以及由于串擾而大大降低信號的質量,其機理可以參考對共模和差模串擾的分析。
                  下面是給Layout工程師處理蛇形線時的幾點建議:
                  1、盡量增加平行線段的距離(S),至少大于3H,H指信號走線到參考平面的距離。通俗的說就是繞大彎走線,只要S足夠大,就幾乎能完全避免相互的耦合效應。
                  2、減小耦合長度Lp,當兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時,產生的串擾將達到飽和。
                  3、帶狀線(Strip-Line)或者埋式微帶線(Embedded Micro-strip)的蛇形線引起的信號傳輸延時小于微帶走線(Micro-strip)。理論上,帶狀線不會因為差模串擾影響傳輸速率。
                  4、高速以及對時序要求較為嚴格的信號線,盡量不要走蛇形線,尤其不能在小范圍內蜿蜒走線。
                  5、可以經常采用任意角度的蛇形走線,能有效的減少相互間的耦合。
                  6、高速PCB設計中,蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力,只可能降低信號質量,所以只作時序匹配之用而無其它目的。
                  7、有時可以考慮螺旋走線的方式進行繞線,仿真表明,其效果要優于正常的蛇形走線。
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                  技術支持

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