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單端和差分信號(hào)的PCB布線規(guī)則
單端和差分信號(hào)的PCB布線規(guī)則
在區(qū)分為“慢”或“快”信號(hào)之間的區(qū)分似乎是任意的，并且可能取決于您詢問(wèn)的人。一個(gè)相關(guān)的主題是PCB走線在電氣上是“短”還是“長(zhǎng)”，您可能會(huì)在該主題上發(fā)現(xiàn)同樣多的分歧。無(wú)論您是要在PCB中路由慢速信號(hào)還是快速信號(hào)，走線都需要遵循一些PCB布線規(guī)則，以確保您的電路板按預(yù)期工作。
像許多其他程序時(shí)，Altium Designer ?有助于使這一過(guò)程變得簡(jiǎn)單，但Altium Designer中更進(jìn)了位，并分離為慢速和快速的信號(hào)轉(zhuǎn)化為自己的類別PCB布線規(guī)則。開(kāi)始在組件之間路由信號(hào)之前，您需要查看您的設(shè)計(jì)規(guī)則，并將其調(diào)整為符合信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。在開(kāi)始圍繞PCB布線信號(hào)之前，需要設(shè)置以下重要的PCB布線規(guī)則。
單端信號(hào)的PCB布線規(guī)則
關(guān)于PCB布線規(guī)則，最需要注意的一點(diǎn)是，布線標(biāo)準(zhǔn)不一定將自己定義為“低速”或“高速”。這種區(qū)別在很大程度上是由PCB設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建和延續(xù)的，并且很大程度上是由于信號(hào)上升時(shí)間變得非常快（小于1 ns）時(shí)出現(xiàn)的信號(hào)完整性問(wèn)題而引起的。因此，在設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則時(shí)，了解信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中的約束就變得尤為重要，無(wú)論您處理的是慢速還是快速信號(hào)。
查找所需設(shè)計(jì)規(guī)則的第一個(gè)地方是信令標(biāo)準(zhǔn)的文檔。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的文檔可在線免費(fèi)獲得。隨著創(chuàng)建更多設(shè)計(jì)，您將對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)更加熟悉，并且知道在設(shè)計(jì)中設(shè)置哪些規(guī)則。適用于單端信號(hào)許多標(biāo)準(zhǔn)的一些最常見(jiàn)的PCB布線規(guī)則是：
匹配的長(zhǎng)度。對(duì)于總線標(biāo)準(zhǔn)或帶有源同步時(shí)鐘的并行數(shù)據(jù)路由，您需要在一定容差范圍內(nèi)對(duì)組中的所有網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)制執(zhí)行長(zhǎng)度匹配。在路由時(shí)，這是通過(guò)向網(wǎng)絡(luò)添加長(zhǎng)度調(diào)整結(jié)構(gòu)來(lái)完成的。
通過(guò)過(guò)渡。一些標(biāo)準(zhǔn)建議限制通孔過(guò)渡的數(shù)量，以防止過(guò)多的損耗，反射和其他寄生效應(yīng)。
最大長(zhǎng)度。有時(shí)會(huì)為給定的損耗正切值指定網(wǎng)的最大長(zhǎng)度，以防止信號(hào)過(guò)度衰減。如果您使用的是低損耗層壓板，則可以根據(jù)損耗角正切值的差異來(lái)延長(zhǎng)長(zhǎng)度。
間隙。跡線必須與不屬于網(wǎng)絡(luò)的其他對(duì)象（焊盤，組件，平面等）保持分開(kāi)。這樣可確保可制造性，減少不必要的寄生現(xiàn)象，并在高壓設(shè)計(jì)中提供ESD保護(hù)。
寬度和阻抗。這兩個(gè)量相互關(guān)聯(lián)，用于高速設(shè)計(jì)中的受控阻抗。了解如何將阻抗和走線寬度指定為PCB布線規(guī)則。
所有這些設(shè)計(jì)規(guī)則以及更多其他設(shè)計(jì)規(guī)則都可以 在Altium Designer的PCB規(guī)則和約束編輯器中進(jìn)行訪問(wèn)。如果您需要為一組網(wǎng)絡(luò)分配相同的PCB布線規(guī)則（對(duì)于單端信號(hào)組非常常見(jiàn)），最快的方法是將一組中的所有網(wǎng)絡(luò)分配給一個(gè)網(wǎng)絡(luò)類別。您可以從“ PCB編輯器”窗口中的“設(shè)計(jì)”→“類”選項(xiàng)（請(qǐng)參見(jiàn)下文）訪問(wèn)此功能。將網(wǎng)絡(luò)分配給類別后，可以使用PCB規(guī)則和約束編輯器將設(shè)計(jì)規(guī)則分配給單個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)類別。
其他可能不適用于特定信令標(biāo)準(zhǔn)的PCB布線規(guī)則也用于幫助確保您的設(shè)計(jì)井井有條。路由拓?fù)浜吐酚蓪酉拗剖莾蓚€(gè)主要的示例。對(duì)于更高級(jí)的設(shè)計(jì)，例如具有BGA占用空間的組件，您可以使用設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)配置扇出策略。處理差分對(duì)需要一組自己的設(shè)計(jì)規(guī)則，如下一節(jié)所示。
差分對(duì)路由規(guī)則
差分對(duì)是唯一的，因?yàn)榭梢詫⒙俸涂焖傩盘?hào)作為差分對(duì)進(jìn)行路由。無(wú)論信號(hào)是快還是慢，差分對(duì)仍然需要遵守一些通常對(duì)單端信號(hào)強(qiáng)制執(zhí)行的設(shè)計(jì)規(guī)則。差分對(duì)要考慮的四個(gè)重要設(shè)計(jì)規(guī)則是：
阻抗公差。即使您的布線長(zhǎng)度小于臨界長(zhǎng)度，也最好咬一下子線，為差分對(duì)創(chuàng)建阻抗曲線，除非您的信令標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定。其他幾何約束將取決于沿差分對(duì)的允許阻抗變化。
最大解耦長(zhǎng)度。這告訴您最長(zhǎng)的距離是差分對(duì)的兩側(cè)可以保持不耦合（即，相隔較大的距離）。這很重要，因?yàn)槲瘩詈喜糠挚雌饋?lái)像阻抗不連續(xù)，因此它必須足夠短。
長(zhǎng)度匹配。請(qǐng)記住，差分信號(hào)是通過(guò)獲取兩個(gè)信號(hào)之間的差來(lái)讀取的，因此這兩個(gè)信號(hào)需要同時(shí)到達(dá)接收器。更快的信號(hào)需要更小的長(zhǎng)度匹配容差。
最大凈長(zhǎng)度。就像單端信號(hào)一樣，差分信令標(biāo)準(zhǔn)可能具有最大長(zhǎng)度限制。以CAN總線為例；即使這是慢速標(biāo)準(zhǔn)，最大鏈接長(zhǎng)度（PCB走線+電纜）也將取決于您將在系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)速率。
在Altium Designer中，您可以在PCB規(guī)則和約束編輯器的“路由”→“差分對(duì)路由”區(qū)域中為上面的前兩點(diǎn)設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則。其他兩點(diǎn)可以在“高速”區(qū)域中解決。如下圖所示：
如果您正在使用高速差分對(duì)，則上面討論的任何其他標(biāo)準(zhǔn)高速設(shè)計(jì)規(guī)則都可以應(yīng)用于差分對(duì)。請(qǐng)注意，最簡(jiǎn)單的方法是將相關(guān)的差分對(duì)分配給“差分對(duì)網(wǎng)絡(luò)類別”，然后選擇將由每個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則控制的類別。
如果在“對(duì)象匹配的位置”下拉菜單中未將設(shè)計(jì)規(guī)則配置為接受差分對(duì)網(wǎng)絡(luò)類，則可以使用查詢生成器創(chuàng)建自定義查詢。如下所示，用于為差分對(duì)網(wǎng)絡(luò)類分配最大長(zhǎng)度（在PCB規(guī)則和約束編輯器的“高速”區(qū)域中找到）。
就像單端網(wǎng)絡(luò)一樣，在開(kāi)始設(shè)置PCB布線規(guī)則之前，請(qǐng)閱讀有關(guān)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的文檔。在這里，您可以找到差分信令標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則信息（通常在標(biāo)準(zhǔn)的“物理層”部分中）。在開(kāi)始路由差分對(duì)之前，以了解如何創(chuàng)建阻抗曲線，如何將網(wǎng)絡(luò)分配給差分對(duì)網(wǎng)絡(luò)類別以及為這些類別設(shè)置一些設(shè)計(jì)規(guī)則。
我們?nèi)匀粵](méi)有研究快速信號(hào)的信號(hào)完整性規(guī)則，到目前為止，您可能已經(jīng)注意到Altium Designer包含專門用于解決信號(hào)完整性問(wèn)題的設(shè)計(jì)約束。您可以按照將設(shè)計(jì)規(guī)則添加到單端網(wǎng)絡(luò)和差分對(duì)所遵循的相同過(guò)程來(lái)分配這些PCB布線規(guī)則。Altium Designer中的這些功能使您可以完全控制設(shè)計(jì)并幫助您成功進(jìn)行布線。