學(xué)習(xí)高速電路設(shè)計，工程師需要掌握哪些知識技能呢

學(xué)習(xí)高速電路設(shè)計，工程師需要掌握哪些知識技能呢？下面以具體的七個技術(shù)面，為大家詳細(xì)敘述一一解答：

01

電源布局布線相關(guān)

數(shù)字電路很多時候需要的電流是不連續(xù)的，所以對一些高速器件就會產(chǎn)生浪涌電流。如果電源走線很長，則由于浪涌電流的存在進(jìn)而會導(dǎo)致高頻噪聲，而此高頻噪聲會引入到其他信號中去。而在高速電路中必然會存在寄生電感和寄生電阻以及寄生電容，因此該高頻噪聲最終會耦合到其他電路當(dāng)中，而由于寄生電感的存在也會導(dǎo)致走線可以承受的最大浪涌電流的能力下降，進(jìn)而導(dǎo)致有部分壓降，有可能會使電路失能。所以在數(shù)字器件前面加上旁路電容就顯得尤為重要。電容越大，其在傳輸能量上是受限于傳輸速率的，所以一般會結(jié)合一個大電容和一個小電容一起，來滿足全頻率范圍內(nèi)。

避免熱點(diǎn)產(chǎn)生：信號過孔會在電源層和底層產(chǎn)生voids。所以不合理的放置過孔很有可能會使電源或者地平面某些區(qū)域的電流密度增加。而這些電流密度增加的地方我們稱之為熱點(diǎn)。

所以，我們在設(shè)置過孔的時候要極力避免這種情況發(fā)生，以免平面被割裂，最終導(dǎo)致EMC的問題產(chǎn)生。通常最好的避免熱點(diǎn)的辦法就是網(wǎng)狀式的放置過孔，如此電流密度均勻，同時平面不會隔離，回流路徑就不會過長，也就不會產(chǎn)生EMC的問題。

02

走線的彎曲方式

在布高速信號線時，信號線應(yīng)盡量避免彎曲。如果不得不彎曲走線，則不要銳角或者直角走線，而是應(yīng)該用鈍角走線。

在布高速信號線時，我們經(jīng)常通過走蛇形線來實(shí)現(xiàn)等長，同樣的蛇形線也其實(shí)一種走線的彎曲。線寬，間距，以及彎曲方式都應(yīng)該做合理的選擇，間距應(yīng)滿足4W/1.5W規(guī)則的。

03

信號的接近度

高速信號線之間如果距離太近，很容易產(chǎn)生串?dāng)_。有些時候，因?yàn)椴季?、板框尺寸等原因，?dǎo)致我們在布高速信號線之間的距離超過了我們的最低要求距離，那我們只能在靠近其瓶頸的地方盡量加大高速信號線之間的距離。其實(shí)如果空間足夠容許，則盡量加大兩高速信號線之間的距離。

04

走線stubs

長的stub線就相當(dāng)于一個天線，處理不當(dāng)會產(chǎn)生很嚴(yán)重的EMC的問題。同時stub線也會造成反射，降低信號的完整度。通常在高速信號線上面添加上拉或者下拉電阻的時候，會最容易產(chǎn)生stub線，而一般處理stub線的將走線可以菊花走線。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，如果stub線的長度大于1/10波長就可以當(dāng)做一個天線了，此時就會成為一個問題。

05

阻抗不連續(xù)

走線的阻抗值一般取決于其線寬以及該走線與參考平面之間的距離。走線越寬，其阻抗越小。而在一些接口端子也器件的焊盤，其原理同樣適用。當(dāng)一個接口端子的焊盤和一根高速信號線連接時，如果此時焊盤特別大，而高速信號線特別窄，大焊盤則阻抗小，而窄的走線必然是大阻抗，在這種情況下就會出現(xiàn)阻抗不連續(xù)，阻抗不連續(xù)就會產(chǎn)生信號反射。所以一般為了解決這個問題，都是在接口端子或者器件的大焊盤下面放置一個禁布銅皮,同時在另外一層放置該焊盤的參考平面，進(jìn)而加大阻抗，使阻抗連續(xù)。

過孔是另外一種會產(chǎn)生阻抗不連續(xù)的源頭。為了最小化這種效應(yīng)，在內(nèi)層和過孔連接的不需要的銅皮應(yīng)該去除。而這樣的操作其實(shí)可以在設(shè)計的時候通過CAD工具來消除或者聯(lián)系溝通PCB加工產(chǎn)假來消除不需要的銅皮，保證阻抗的連續(xù)性。

06

差分信號

高速差分信號線我們必須保證等寬、等間距來實(shí)現(xiàn)特定的差分阻抗值。所以在布差分信號線的時候盡量保證對稱。

在差分線對內(nèi)禁止布置過孔或者元器件，如果在差分線對內(nèi)放置了過孔或者器件會產(chǎn)生EMC問題同時也會導(dǎo)致阻抗不連續(xù)。

有時候，一些高速差分信號線需要串接耦合電容。該耦合電容同樣需要對稱布置，同時該耦合電容的封裝不能過大，推薦使用0402,0603也可以接受，0805以上的電容或者并排電容最好不要使用。

通常，過孔會產(chǎn)生巨大的阻抗不連續(xù)，所以對于高速差分信號線對則盡量減少過孔，如果要使用過孔則對稱布置。

07

等長

在一些高速信號接口，一般如總線等需要考慮其個信號線之間的到達(dá)時間以及時滯誤差。例如，在一組高速平行總線中的所以數(shù)據(jù)信號線其到達(dá)時間，必須保證在一定的時滯誤差以內(nèi)，從來來保證其建立時間和保持時間的一致性。為了滿足這一需求，我們必須要考慮等長。

而高速差分信號線對兩信號線必須保證嚴(yán)格的時滯，否則很有可能通訊失敗。故為了滿足這一要求，可以通過蛇形線來實(shí)現(xiàn)等長，進(jìn)而滿足時滯要求。

蛇形線一般應(yīng)該布置在失長的源頭處，而不是遠(yuǎn)端。在源頭處才能保證差分線的正負(fù)端的信號在大部分時間內(nèi)都是同步傳輸?shù)摹?/p>

走線彎曲處是產(chǎn)生失長的源頭之一。對于走線彎曲處，其實(shí)現(xiàn)等長的應(yīng)靠近彎曲處(<=15mm)

如果有兩個走線彎曲，且兩者之間的距離<15mm，故此時兩者的失長會互相補(bǔ)償，故此時不用再做等長處理。

對于不同部分的高速差分信號線，應(yīng)分別獨(dú)立等長。過孔，串接耦合電容以及接口端子都會是高速差分信號線分成兩部分，所以這個時候要特別注意。一定要分別等長。因?yàn)楹芏?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1053/" target="_blank">EDA軟件在DRC的時候都只關(guān)注整個走線是否失長。

對于如LVDS顯示器件等接口，會同時存在數(shù)對差分對，且差分對之間的時序要求一般都會特別嚴(yán)格，時滯要求特別小，所以，對于此類差分信號對我們要求一般在同一平面內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償。因?yàn)椴煌瑢拥男盘杺鬏斔俣仁遣煌摹?/p>

有些EDA軟件在計算走線長度時，會將焊盤內(nèi)部的走線也會計算在長度之內(nèi)，如果此時進(jìn)行長度補(bǔ)償，最終實(shí)際結(jié)果會失長。所以此時要特別注意，在使用一些EDA的軟件的時候。

在任何時候，如果可以就一定選擇對稱出線進(jìn)而避免需要最終為了等長而進(jìn)行蛇形走線。

如果空間容許，盡量在短的差分線源頭處加一個小的回環(huán)來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，而不是通過蛇形線來補(bǔ)償。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：多層高速PCB設(shè)計不得不知道的事情——高速電路布局布線考量

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