阻抗控制布线和您的 PCB 设计规则

2021-07-17

阻抗控制布线和您的 PCB 设计规则

一旦开始设计高速或高频 PCB，走线中的阻抗就成为设计过程中需要考虑的关键参数。信号源、负载和连接它们的每条迹线之间的阻抗不匹配会破坏信号。Altium Designer 无需手动计算 PCB 中每条走线的阻抗，而是通过集成的场解算器帮助阻抗控制布线。这简化了您的设计过程并确保阻抗计算在整个布局中准确无误。

一个完全统一、严格规则驱动的 PCB 设计平台，用于高速 PCB 设计中的阻抗控制布线。

当高速 PCB 中的走线宽度值指定不正确时，信号问题会比比皆是。反射、振铃和过冲由 PCB 上的走线导致，而没有有效的阻抗控制布线。不匹配的发生是由于阻抗不连续性，例如走线宽度变化、缺少端接、T 型短截线或分叉走线、布线层之间的过孔、大电源平面不连续性和连接器转换。

您的 PCB 设计软件不应重新发明轮子，而是应集成信号完整性工具，以确保在整个布局过程中实现精确的阻抗控制。许多走线阻抗值根本无法手动计算，您需要一些方法来确保每个信号到达其目的地而不会产生过多的损失或失真。Altium Designer 具有阻抗控制布线和许多其他高速设计核心任务所需的信号完整性工具。以下是您在高速设计和分析中需要注意的事项。

阻抗控制路由始于正确的计算器

在某些情况下，阻抗计算器非常有用，因为它们允许您通过确定完美的宽度来计算隔离走线的阻抗，以防止信号反射。定义迹线阻抗的方程式特定于迹线的几何形状，并且假设迹线与板上的任何其他迹线隔离。在实际 PCB 中，情况并非如此，因为迹线以电容性和电感性方式相互耦合。任何耦合的强度都会影响信号组的阻抗，并受基板介电常数的影响。

并不是走线阻抗计算器不准确，而是它们在适用性方面存在局限性。例如，不对称带状线差分对中的迹线阻抗方程包括介电常数和几何形状的近似值。其他计算器将对同一系统使用不同的方程，具体取决于公式推导中使用的相关近似值。大多数计算器允许您放置超出常见迹线几何形状（微带线与带状线）近似范围的无效值，从而产生不准确的结果。

获得最准确的阻抗计算

通过调整走线宽度和与参考平面的距离，可以将走线调谐到所需的阻抗值。确保阻抗受控布线还需要了解基板的介电常数和所需的走线宽度。同时考虑电路板中这两种特性的最准确方法是使用带有集成场解算器的阻抗计算器。这将有助于您在布线每条迹线和创建 PCB 布局时使用其他设计和信号分析工具。

如果您不熟悉阻抗失配可能引起的信号完整性问题，那么您应该在高速设计中使用信号完整性工具采取一些基本步骤。

走线阻抗计算器可以帮助您确定适合电路板的走线宽度。您需要知道基板在相关频率下的介电常数以及层堆叠中的一些参数。

您的层堆栈将影响您的走线阻抗，在定义设计规则和布线时应考虑到这一点。

在 Altium Designer 中定义差分阻抗控制的布线配置文件

设计规则中的阻抗计算

您的设计规则旨在确保您的印刷电路板按预期运行。如果您不确定如何最好地在组件之间布线、将组件放置在接地层/电源层的位置，或者您是否正确设计了焊盘和过孔，那么您的设计规则可以帮助您检查。

您的设计规则不仅仅用于检查组件放置。布局中的某些特征（如走线宽度、走线长度和过孔）对其几何形状和间距具有重要的规则和约束，应遵循这些规则和约束。这一切都是为了保持信号完整性并确保您的电路板能够可靠地制造。如果您的 PCB 设计软件具有强大的规则检查引擎，您可以防止信号完整性并确保您的设备在离开生产线后立即正常工作。

EDA 工具包含用于确定传播延迟、适当走线长度和走线阻抗的计算器。如果您使用带有集成场解算器的 PCB 设计应用程序，您可以在创建布局时检查 PCB 设计的所有这些方面。当您在电路板的任何层上布线铜迹线时，同一个场解算器将检查布局的所有这些方面。然后，您可以直观地看到您的走线何时具有正确的阻抗和传播延迟，您可以在 PCB 设计规则中轻松定义这两者。

在 Altium Designer 中检查差分对的走线长度匹配。

确保您的布局符合您的设计约束

确保您的布局符合您应用的相关约束需要为您的新板定义设计规则。这不仅有助于确保每一层的走线宽度和长度一致等重要任务，还可以确保整个印刷电路板的阻抗一致。强大的规则编辑器是您在创建电路板原理图时首先访问的功能之一，但它有助于确保您的电路板正确运行并且可大规模制造。

您的 PCB 软件应该可以在单个界面中轻松处理高速设计规则和约束。

使用差分对时，您的走线间距和几何形状将决定每条走线和差分对的阻抗。这是您可以在设计规则中指定的众多参数之一。

阻抗控制布线有时需要在不同组件处端接走线，例如在布线 LVDS 时。您的 PCB 软件应该具有适应性，并允许您应用任何端接方法。

Altium Designer 中的设计规则编辑器

最先进的阻抗控制模型

获得极其准确的阻抗计算需要考虑基板介电常数的分散和典型 PCB 迹线的复杂几何形状。在线计算器根本行不通。您可以手动进行一些计算，但最容易确保电路板阻抗一致的方法是使用带有集成场解算器的布线工具。这允许您在 PCB 中设计任何宽度和排列的阻抗控制走线。

PCB 迹线的高级建模工具需要一个精确的介电常数色散模型。这些功能还需要与您的 PCB 设计软件中的设计规则集成，以创建高效的设计环境。这是您可以在 Altium Designer 中找到的环境类型，Altium Designer 是世界上唯一的完全集成的印刷电路板设计平台。

Altium Designer 中的统一设计环境

Altium Designer 将规则检查、信号完整性和 DFM 置于设计过程的核心。所有信号分析和设计验证工具都可以与您的 CAD 功能和布线工具协同工作。PCB 设计行业的其余部分仍然将这些功能分离到具有不同工作流程的不同程序中。不是在相同的旧范式下工作，是时候投入到统一设计中了。

规则驱动的设计引擎是 Altium Designer 的核心。这种独特的软件架构允许您的信号完整性工具和场解算器在您创建电路板时快速验证布局的各个方面。

当您需要设计具有一致阻抗的走线几何形状时，您可以使用 Altium Designer 中的集成场解算器。该工具在大多数常见迹线几何形状的计算中包括铜粗糙度。

一致的阻抗控制布线需要使用层堆栈管理器自定义您的电路板。Altium Designer 包括最好的层堆栈管理器，用于设计印刷电路板中的走线宽度和阻抗。

Altium Designer 中的统一设计环境将您的所有设计功能整合到一个界面中。这些工具旨在作为单一平台的一部分协同工作，适用于任何应用，包括高级高速板和 HDI 设计。如果您想计算完美的走线宽度和阻抗，Altium Designer 拥有您成功所需的工具。