单端和差分(fēn)信号的PCB布線(xiàn)规则

2021-04-16

单端和差分(fēn)信号的PCB布線(xiàn)规则

在區(qū)分(fēn)為(wèi)“慢”或“快”信号之间的區(qū)分(fēn)似乎是任意的，并且可(kě)能(néng)取决于您询问的人。一个相关的主题是PCB走線(xiàn)在電(diàn)气上是“短”还是“長(cháng)”，您可(kě)能(néng)会在该主题上发现同样多(duō)的分(fēn)歧。无论您是要在PCB中路由慢速信号还是快速信号，走線(xiàn)都需要遵循一些PCB布線(xiàn)规则，以确保您的電(diàn)路板按预期工作。

像许多(duō)其他(tā)程序时，Altium Designer ®有(yǒu)助于使这一过程变得简单，但Altium Designer中更进了位，并分(fēn)离為(wèi)慢速和快速的信号转化為(wèi)自己的类别PCB布線(xiàn)规则。开始在组件之间路由信号之前，您需要查看您的设计规则，并将其调整為(wèi)符合信号标准。在开始围绕PCB布線(xiàn)信号之前，需要设置以下重要的PCB布線(xiàn)规则。

单端信号的PCB布線(xiàn)规则

关于PCB布線(xiàn)规则，最需要注意的一点是，布線(xiàn)标准不一定将自己定义為(wèi)“低速”或“高速”。这种區(qū)别在很(hěn)大程度上是由PCB设计人员创建和延续的，并且很(hěn)大程度上是由于信号上升时间变得非常快（小(xiǎo)于1 ns）时出现的信号完整性问题而引起的。因此，在设置设计规则时，了解信号标准中的约束就变得尤為(wèi)重要，无论您处理(lǐ)的是慢速还是快速信号。

查找所需设计规则的第一个地方是信令标准的文(wén)档。大多(duō)数标准的文(wén)档可(kě)在線(xiàn)免费获得。随着创建更多(duō)设计，您将对这些标准更加熟悉，并且知道在设计中设置哪些规则。适用(yòng)于单端信号许多(duō)标准的一些最常见的PCB布線(xiàn)规则是：

匹配的長(cháng)度。对于总線(xiàn)标准或带有(yǒu)源同步时钟的并行数据路由，您需要在一定容差范围内对组中的所有(yǒu)网络强制执行長(cháng)度匹配。在路由时，这是通过向网络添加長(cháng)度调整结构来完成的。 

通过过渡。一些标准建议限制通孔过渡的数量，以防止过多(duō)的损耗，反射和其他(tā)寄生效应。 

最大長(cháng)度。有(yǒu)时会為(wèi)给定的损耗正切值指定网的最大長(cháng)度，以防止信号过度衰减。如果您使用(yòng)的是低损耗层压板，则可(kě)以根据损耗角正切值的差异来延長(cháng)長(cháng)度。 

间隙。迹線(xiàn)必须与不属于网络的其他(tā)对象（焊盘，组件，平面等）保持分(fēn)开。这样可(kě)确保可(kě)制造性，减少不必要的寄生现象，并在高压设计中提供ESD保护。

宽度和阻抗。这两个量相互关联，用(yòng)于高速设计中的受控阻抗。了解如何将阻抗和走線(xiàn)宽度指定為(wèi)PCB布線(xiàn)规则。 

所有(yǒu)这些设计规则以及更多(duō)其他(tā)设计规则都可(kě)以 在Altium Designer的PCB规则和约束编辑器中进行访问。如果您需要為(wèi)一组网络分(fēn)配相同的PCB布線(xiàn)规则（对于单端信号组非常常见），最快的方法是将一组中的所有(yǒu)网络分(fēn)配给一个网络类别。您可(kě)以从“ PCB编辑器”窗口中的“设计”→“类”选项（请参见下文(wén)）访问此功能(néng)。将网络分(fēn)配给类别后，可(kě)以使用(yòng)PCB规则和约束编辑器将设计规则分(fēn)配给单个网络或网络类别。

其他(tā)可(kě)能(néng)不适用(yòng)于特定信令标准的PCB布線(xiàn)规则也用(yòng)于帮助确保您的设计井井有(yǒu)条。路由拓扑和路由层限制是两个主要的示例。对于更高级的设计，例如具有(yǒu)BGA占用(yòng)空间的组件，您可(kě)以使用(yòng)设计规则来配置扇出策略。处理(lǐ)差分(fēn)对需要一组自己的设计规则，如下一节所示。

差分(fēn)对路由规则

差分(fēn)对是唯一的，因為(wèi)可(kě)以将慢速和快速信号作為(wèi)差分(fēn)对进行路由。无论信号是快还是慢，差分(fēn)对仍然需要遵守一些通常对单端信号强制执行的设计规则。差分(fēn)对要考虑的四个重要设计规则是：

阻抗公差。即使您的布線(xiàn)長(cháng)度小(xiǎo)于临界長(cháng)度，也最好咬一下子線(xiàn)，為(wèi)差分(fēn)对创建阻抗曲線(xiàn)，除非您的信令标准另有(yǒu)规定。其他(tā)几何约束将取决于沿差分(fēn)对的允许阻抗变化。 

最大解耦長(cháng)度。这告诉您最長(cháng)的距离是差分(fēn)对的两侧可(kě)以保持不耦合（即，相隔较大的距离）。这很(hěn)重要，因為(wèi)未耦合部分(fēn)看起来像阻抗不连续，因此它必须足够短。 

長(cháng)度匹配。请记住，差分(fēn)信号是通过获取两个信号之间的差来读取的，因此这两个信号需要同时到达接收器。更快的信号需要更小(xiǎo)的長(cháng)度匹配容差。 

最大净長(cháng)度。就像单端信号一样，差分(fēn)信令标准可(kě)能(néng)具有(yǒu)最大長(cháng)度限制。以CAN总線(xiàn)為(wèi)例；即使这是慢速标准，最大链接長(cháng)度（PCB走線(xiàn)+電(diàn)缆）也将取决于您将在系统中使用(yòng)的数据速率。 

在Altium Designer中，您可(kě)以在PCB规则和约束编辑器的“路由”→“差分(fēn)对路由”區(qū)域中為(wèi)上面的前两点设置设计规则。其他(tā)两点可(kě)以在“高速”區(qū)域中解决。如下图所示：

如果您正在使用(yòng)高速差分(fēn)对，则上面讨论的任何其他(tā)标准高速设计规则都可(kě)以应用(yòng)于差分(fēn)对。请注意，最简单的方法是将相关的差分(fēn)对分(fēn)配给“差分(fēn)对网络类别”，然后选择将由每个设计规则控制的类别。

如果在“对象匹配的位置”下拉菜单中未将设计规则配置為(wèi)接受差分(fēn)对网络类，则可(kě)以使用(yòng)查询生成器创建自定义查询。如下所示，用(yòng)于為(wèi)差分(fēn)对网络类分(fēn)配最大長(cháng)度（在PCB规则和约束编辑器的“高速”區(qū)域中找到）。

就像单端网络一样，在开始设置PCB布線(xiàn)规则之前，请阅读有(yǒu)关信号标准的文(wén)档。在这里，您可(kě)以找到差分(fēn)信令标准的相关设计规则信息（通常在标准的“物(wù)理(lǐ)层”部分(fēn)中）。在开始路由差分(fēn)对之前，以了解如何创建阻抗曲線(xiàn)，如何将网络分(fēn)配给差分(fēn)对网络类别以及為(wèi)这些类别设置一些设计规则。

我们仍然没有(yǒu)研究快速信号的信号完整性规则，到目前為(wèi)止，您可(kě)能(néng)已经注意到Altium Designer包含专门用(yòng)于解决信号完整性问题的设计约束。您可(kě)以按照将设计规则添加到单端网络和差分(fēn)对所遵循的相同过程来分(fēn)配这些PCB布線(xiàn)规则。Altium Designer中的这些功能(néng)使您可(kě)以完全控制设计并帮助您成功进行布線(xiàn)。