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[硬件] PCB LAYOUT三种特殊走线技巧

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发表于 2019-9-30 17:36 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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面从直角走线,差分走线,蛇形线三个方面来阐述PCB LAYOUT的走线。7 x+ F, J; n+ |% a2 n

) e' ]# f/ H0 r, N
* c" Y6 W4 ]! z6 D5 X3 R2 n
2 O4 K1 ?8 J$ y/ B; [- A: n! V, A0 v% Z. i& O3 ~( w; @* t& m1 [; A  I4 `
, F2 g! D; F- f# N
直角走线(三个方面)) ?1 I7 z9 w8 L1 O7 @8 m

/ k3 T8 @/ T5 H# E' X! J8 l  T3 c) g; E8 e4 i5 n9 ~9 e
8 \; w2 x( ]1 l. P0 u
直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面:一是拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间;二是阻抗不连续会造成信号的反射;三是直角尖端产生的EMI,到10GHz以上的RF设计领域,这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。" c9 B6 E; V$ x& q
- \1 e1 }4 U6 K! R. ~3 J: x
; f) N$ ?: Z! P8 \
差分走线(“等长、等距、参考平面”)
3 ^- q& ?6 A( ~$ q2 F7 p$ S5 W& K3 X: J

) ~" i) c) |9 g1 O' d" B9 l: T; o2 k8 D5 g' B$ d/ F1 L% X& O
何为差分信号(Differential Signal)?通俗地说就是驱动端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。差分信号和普通的单端信号走线相比,最明显的优势体现在以下三方面:5 d+ \1 V+ |- j  V% z

/ }: N' l, o) r1 q# _7 U" |# ~3 G( q# k
1、抗干扰能力强,因为两根差分走线之间的耦合很好,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可被完全抵消。9 w3 h$ {0 k) H# g, r+ x5 I
, M* Z/ \5 Z4 R: A$ z

- W& A4 ^( P! p# u6 t2、能有效抑制EMI,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射的电磁场可以相互抵消,耦合的越紧密,泄放到外界的电磁能量越少。2 `8 V  J3 X) `6 H- F3 H" Z
  H3 ?; L# ?, l' ^  D# m7 G
' {( \  y7 r9 P4 v( s- j7 e
3、时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指这种小振幅差分信号技术。
- N* |- p. G' }% t0 w9 Q) m
" s8 a6 H4 w( ?8 I3 G
' y( U7 P" H5 P5 J/ L蛇形线(调节延时)9 U& m; `" Y$ ^

$ T! T  t" i5 P$ N, X! w" i/ Q! i# c$ Q0 c" b! M7 [
* [* h+ g% V( E7 s& N! k
蛇形线是Layout中经常使用的一类走线方式。其主要目的就是为了调节延时,满足系统时序设计要求。其中最关键的两个参数就是平行耦合长度(Lp)和耦合距离(S),很明显,信号在蛇形走线上传输时,相互平行的线段之间会发生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,则耦合程度也越大。可能会导致传输延时减小,以及由于串扰而大大降低信号的质量,其机理可以参考对共模和差模串扰的分析。
6 ?9 H. {, I. q2 J3 Y' U7 h6 e3 m% v8 b$ R. C( d7 X
下面是给Layout工程师处理蛇形线时的几点建议:" ^6 I2 c6 z( e

# a8 a1 m9 U7 |9 W% P5 v' Z; z, V& L
1、尽量增加平行线段的距离(S),至少大于3H,H指信号走线到参考平面的距离。通俗的说就是绕大弯走线,只要S足够大,就几乎能完全避免相互的耦合效应。
0 Q  g4 I4 f5 n, |# y
$ s1 x# q6 E  M/ h5 _8 [" g) Q# {1 z
2、减小耦合长度Lp,当两倍的Lp延时接近或超过信号上升时间时,产生的串扰将达到饱和。
; q3 O) T) u" c5 r7 ]0 ]6 c) e0 I6 w
0 Q/ ~' Z4 W# F3 Q6 B* P6 M4 }1 l
3、带状线(Strip-Line)或者埋式微带线(Embedded Micro-strip)的蛇形线引起的信号传输延时小于微带走线(Micro-strip)。理论上,带状线不会因为差模串扰影响传输速率。7 |5 V0 |$ L- G. z/ |

  y; K1 c3 E! C& o" T1 h! i3 L8 @
4、高速以及对时序要求较为严格的信号线,尽量不要走蛇形线,尤其不能在小范围内蜿蜒走线。: e9 D& C& a2 b
+ n2 N/ v! M7 o9 w
/ z3 s7 U+ p* t) @% H" l
5、可以经常采用任意角度的蛇形走线,能有效的减少相互间的耦合。# l* o. e. f  L" W* I' p
- W* l; w4 T# T! a

( v0 w) W8 N3 q6 O6、高速PCB设计中,蛇形线没有所谓滤波或抗干扰的能力,只可能降低信号质量,所以只作时序匹配之用而无其它目的。
$ m; ~8 C4 O3 z1 c" ]: s% {" I% l- ^/ P; y6 V& }

" H! ~: ~8 b( t9 U& G7 `  \6 K7、有时可以考虑螺旋走线的方式进行绕线,仿真表明,其效果要优于正常的蛇形走线。: J1 k# X7 @; X  u- F, D
( B5 |- Q' g( w6 _

/ T8 L  {4 j* a' o# t6 @' g' Z" {
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