談談PCB設(shè)計與加工誤差的那些事

最近小編去外面的世界走了一圈，和大家進行了多場面對面的技術(shù)交流會。粉絲們很熱情，水平也很高，雖然時間匆忙，但是也獲益良多；回來后決定重拾“荒廢”一段時間的學業(yè)，結(jié)合不少朋友的問題和最近高速先生的文章主題繼續(xù)講講PCB設(shè)計與加工誤差的這些事。

如果讓你疊一個8層板，最常規(guī)的會疊成下圖左邊這樣：有兩個內(nèi)層走線，其中有一個走線層上下都參考地，屬于比較好的走線層，另外一個需要有一面參考電源，很多人總是會覺得差一丟丟的感覺（問他們差在哪，他們又不一定說得出來，關(guān)于參考電源的差異，這里不展開討論）。那如果發(fā)現(xiàn)2個內(nèi)層不夠，需要3個內(nèi)層走線的話，你可能只能像下圖右邊這么疊，在同樣層數(shù)的情況下，多一個內(nèi)層就只能少一個地層，那就會出現(xiàn)兩個平面層夾2個信號層，這就是我們所說的雙帶線結(jié)構(gòu)，下圖右邊紅色框框所示。

在我們?nèi)粘５?a href="http://ttokpm.com/v/tag/82/" target="_blank">PCB設(shè)計中，對于雙帶線，我們除了要關(guān)心同層走線之間的串擾之外，還要關(guān)心相鄰層走線的串擾。

下面是兩對線寬為4.5mil，線間距為9mil的差分線，它們和參考平面共同組成了一組雙帶線的結(jié)構(gòu)（下面紅色和綠色的差分線，黃色是參考平面）。

一些基礎(chǔ)的串擾理論告訴我們，如果雙帶線平行走線長度過長的話，串擾會比較嚴重，我們用這個雙帶線的模型做一下仿真，看看到底串擾能嚴重到什么程度哈。我們定義差分線到各自參考平面的距離為H，相鄰層的距離為2H，平行走線長度為1000mil。

在上圖的這種情況下，兩對差分線的串擾（由于是內(nèi)層走線，我們更關(guān)心近端串擾，下面的分析也都是指近端串擾）是這樣的：我們可以看到，串擾是比較嚴重的，接近15dB了。

如果在垂直方向的距離2H固定的情況下，我們可以通過拉開它們的水平距離達到減小串擾的目的，例如可以拉開到下面的這兩種情況。

從仿真結(jié)果上看，拉開到相切到一倍線寬的距離時對串擾就會有明顯的改善效果，串擾可以從-15dB到非常好的-50dB。

但是拉開到一倍線寬線距對布線來說會很浪費空間，降低布線的密度。另外大家有沒有有想過，按從下圖左邊完全重合到右邊相切逐漸拉開的話，串擾會是怎樣的一個變化過程呢？是不是從左到右越錯開串擾越小呢？

實際上很多事情真的不能靠感覺來判斷哈，我們通過仿真，串擾結(jié)果是這樣的：

除了上面說的重合和相切的串擾外，如果細致分析下面三種情況，分別往右邊拉開水平距離時，它們的串擾結(jié)果是這樣的：

大家覺得上圖的串擾結(jié)果從高到低分別是上圖的從左到右，是不是越往右邊拉開，串擾越小呢？

但是事情的真相是這樣的：當走線移到接近互相錯開的時候，這時的串擾是極小的，甚至接近拉開一倍線寬線距的設(shè)計。

至于原理，簡單來說是這樣：當攻擊差分線和受害差分線互相錯開到一定距離的時候，兩根單端的攻擊線對每根單端的受害線的串擾都有最大程度的抵消，因此總會在一個錯開的位置有串擾的最低值，再向左向右的過程，抵消的比例都會逐漸減小，因此串擾又會大起來了，當然到拉開出相切以上的距離，就肯定是越來越小了。

上圖幾個情況的串擾值如下所示：

單從理想的設(shè)計層面，如果把兩對差分線互相錯開，大概錯開到中間的位置，串擾的效果就會非常的好，然后也會很節(jié)省布線的空間，看起來真是一個很不錯的設(shè)計。

編輯：hfy