在设计中使用高速和RF PCB走线长度

2019年7月2日

女子因不安全驾驶速度被开罚单的照片

有个警察住在我的街那头。他是一个非常好的人，我们有很多共同点，除了我们如何解释安全驾驶速度的道路规则。我更倾向于把张贴的速度标志看作是一个“指导方针”，而他认为应该严格执行。多年来，我们一直在开玩笑，直到他最后问我，当谈到我设计的电子产品时，我是否也持同样漫不经心的态度。我不得不承认，他在这一点上难倒了我。

如果我们以同样的态度来对待PCB设计，我们可能永远都不会让电路板通电，更不用说正常工作了。让我们面对现实吧，除了保护我们的安全，道路规则的存在是为了引导我们，使交通有效地运行，不中断。以同样的方式，PCB设计规则和约束也为设计提供了指导，以使电路板有效地工作，不间断。让我们仔细看看如何使用这些规则和约束来帮助我们控制我们设计的电路板中的高速和RF PCB走线长度。

如果没有适当的护理，设计中的高速和RF PCB走线长度可能会导致问题

尽管PCB设计过去对走线方式非常宽容，但今天的高速设计已经不再是这样了。许多年前，标准的做法是简单地将设计扔到自动外部，然后使用它的方式出来。然而，在今天的高速设计中，这种路由将导致一个董事会充满信号完整性问题包括反射，信号损失，定时，甚至地面反弹。

高速传输线上的长轨迹可以作为天线和辐射电磁干扰(EMI)。所有信号都以电磁波的形式传播，并在频率较高时辐射更多，从而导致干扰。为了减少EMI的可能性，最好使这些迹线尽可能短，并远离其他迹线。在高速设计中，确保它们下面有足够的地平面作为返回路径是一个很好的实践。

还有许多其他设计问题，如板层堆叠和组件放置，这些因素导致信号完整性困难。但是如何路由跟踪通常是一个很大的问题:

阻抗信号要想在没有任何失真的情况下通过迹线，就需要一条没有任何变化的迹线在阻抗．迹线阻抗可以随着迹线宽度的变化而变化，通过一个通孔到另一层，或者如果路由中有存根。
相声:当具有大量传输活动的高速线路彼此靠得太近时，会导致电感和电容耦合。为了防止这种情况，这些痕迹之间需要有更多的空间，它们需要有更短的平行运行长度，并且它们必须尽可能靠近地面。
非理想返回路径:非理想回程路径在高速设计的有限速度和可靠性方面存在困难。对间隙宽度和间隙长度都敏感并依赖，将使更准确的计时成为可能。适当地使用去耦电容器可以缓解非理想返回路径中的一些时间和间隙效应问题。
微分信号如果差分信号间距不恰当，你的设计可能会受到串扰的影响。在使用或复制时钟信号的组件或设备附近放置高速走线会导致干扰。一致的线路宽度也可以鼓励匹配的传输线阻抗。

保持高速和RF PCB走线长度的最佳方法是在布线时使用设计规则和约束。

OrCAD PCB Designer 3D布局的截图

先进的高速设计规则对于今天的设计是必要的

设计规则和约束如何帮助保持跟踪长度一致

对于我们这些长期使用PCB设计CAD系统的人来说，我们都非常清楚这些工具中内置的设计规则。有一些规则管理迹线的宽度和间距，以及迹线到其他对象(如垫和通孔)的间隙。组件之间的间隙和其他板功能的间隙也有规则。在大多数情况下，这些规则的设立是为了确保电路板的制造和组装要求您的合同制造商这样木板就可以做了。

然而，设计规则和约束还有另一个目的，那就是保持高速设计的电气公差。这些规则是常规PCB drc之外的。例如，设计上的最小痕迹宽度可能是0.005英寸宽，但你可能有特定的高速网，它们之间需要0.010英寸的间距。虽然这是一个简单的例子，但还有更多的规则可以帮助设计高速和RF迹线:

跟踪长度:该规则允许用户为跟踪设置一个目标值，以便将跟踪路由到特定的长度。
迹长匹配:这允许用户匹配多个轨迹的长度，以协调其信号的时间。
微分对:这是一个绑定到路由特性的规则，允许用户将差分对的两个网紧密地路由在一起。
跟踪调:对于那些需要更多长度的轨迹，这是另一个绑定到函数的规则，该函数将创建蛇形路由以实现其目标长度。
网络类:对于需要独特设计规则的高速网组，可以根据一组特定的规则将它们都分配到特定的高速网类中。
信号路径高速设计通常包括信号通过一系列网络传输。一个信号从一个IC开始，经过不同的元件，如电阻，然后在另一个IC上终止。专门的规则将信号路径中的这些不同网络组合在一起，被认为是一个完整的信号。