高速PCB布局中的传输线类型
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了解高速印刷电路板中的传输线及其不同类型。
PCB传输线布局技术。
使用PCB CAD工具来帮助设计传输线。
高速PCB布线通常涉及传输线配置
对电子产品中下一个最佳产品的需求不断推动电路板技术向更高的功能和性能水平发展。为了支持这些增强功能，电路板设计人员每天都在使用越来越快的信号速度。曾经，高速信号是偶尔的设计挑战，但现在它们正在成为PCB布局设计过程中的正常部分。
成功的高速布局要求设计人员了解在电路板上使用高速传输线的原理和技术。再也不能纯粹为了美观或降低成本而布线了。相反，最重要的是创造最多最佳跟踪路由最大的信号性能和消除尽可能多的信号完整性问题。要做到这一点，设计师需要了解他们将使用的传输线类型，以及什么布局技术最适合他们的设计。
印刷电路板中的传输线
PCB布局设计人员在很长一段时间内都不用担心布线痕迹信号的完整性台词有问题。这是因为在较低频率下运行的短轨迹不会产生导致信号完整性问题的条件。然而，较高的信号速度加上较长的迹线将改变迹线的行为变成传输线。高速信号在线路上来回传输的延迟比其波形上升和下降的时间要长，从而产生了信号反射的可能性。
在高速设计中，大多数长线应考虑为传输线。试图推断迹线什么时候不再像简单导体一样工作，而开始像传输线一样工作，这不是一项简单的任务，因为没有设置导致这种变化的迹线长度。当信号的上升时间乘以速度大致等于迹线的长度时，迹线就容易表现得像传输线一样。波长有时也被用作确定痕迹行为变化的标准，但信号完整性专家并不总是就如何计算波长达成一致。由于数字信号具有不同的频率成分，因此不只有一种波长可以使用。
安全的做法是，如果您使用的是具有定义阻抗值的高速信号，则应该始终根据阻抗要求设计传输线，而不必担心迹线的长度。如果忽略导线的传输线效应，信号波的快速上升和下降时间会产生巨大的问题。这些条件会导致反射、EMI、串扰和许多其他信号完整性问题。接下来，我们将看看传输线在电路板布局中是什么。
在地面平面层上被路由的高速设计上的痕迹
了解pcb中的传输线类型
印刷电路板布局中的传输线使用两种导体创建:信号的迹线和它在参考平面上的返回路径，通常是接地。这两个导体由介电材料隔开，通常的结构是信号层上的迹线与相邻的地平面。设计人员通过仔细计算带有介电材料的痕迹的铜重量和分离两个导体的深度来确定痕迹的宽度。这确保线路在其整个路由长度中具有相同的阻抗，称为可控阻抗路由．
在大多数PCB布局中使用的传输线有两大类:
- 微带:具有单个相邻的路由跟踪参考面因为它的返回路径被认为是微带结构。通常，微带配置用于板的外部层，但它也可以嵌入在内层，如下图所示。
- 带状线:当路由跟踪位于返回路径的两个参考平面之间时，它被称为条带线配置。如下图所示，条带线提供了微带所不能提供的其他配置，如不对称和宽耦合。
PCB布局中不同类型传输线的示意图
有另一种传输线配置，其中外部信号迹线的返回路径由其两侧的两条接地迹线方便，而不是参考平面。这种配置要求沿线路长度的轨迹之间有精确的间距，但并不常用。
高速设计中的任何信号都可以像传输线一样，包括数据、内存、时钟、控制和设计中的任何其他网络。关键是你处理的信号速度有多快。上升时间为5纳秒或更短的信号属于高速信号。对于设计人员来说，认识到信号速度不是由时钟频率来测量的也是很重要的。仅仅因为一个组件可能具有较低的时钟速度，并不意味着它不是具有非常快的上升和下降时间的高速设备。现在，让我们来看看在高速设计中铺设这些不同类型的传输线时所需的一些技术。
PCB传输线布局技术
传输线布线的主要考虑因素之一是通过使用线路的特定走线宽度来控制线路的阻抗。如果阻抗沿线路的长度不匹配，就会产生信号反射，并可能破坏信号，导致正在发送的数据损坏。为了控制该阻抗，使从源到负载保持相同的值，设计人员必须计算板的物理特性，以确定正确的走线宽度。
有不同的方法来计算迹线宽度可控阻抗路由：
- 使用网上的计算器。
- 大多数PCB CAD系统现在在其软件中具有阻抗计算器，以帮助设计人员配置其设计的板层堆栈。
- 利用PCB制造商的经验。这些人已经制造电路板很长一段时间了，他们确切地了解一个成功的设计需要什么。这些制造商中的许多也将能够与您直接使用接口ipc - 2581格式．例如，在Cadence 'sAllegro PCB编辑器，您可以使用他们的双向接口以IPC-2581格式直接与配备类似设备的制造商通信。通过此界面，可以交换受控阻抗值、单板层堆叠配置和制造信息。
一旦你的PCB设计数据库正确配置，是时候布局电路板了。以下是传输线布线的一些设计建议:
- 不要在参考平面上穿越分叉、断裂或拥挤的区域——这会破坏返回路径。
- 尽量将传输线保持在一层上。
- 如果必须在信号层之间转换，则使用靠近轨迹的接地传输通道以不间断地继续返回路径。
- 保持差分信号在一起，不要在过孔等周围破坏它们。
您的PCB CAD工具可以帮助您完成所有这些任务，接下来我们将看几个例子。
印刷电路板上的差动对布线
利用PCB CAD工具的功能进行输电线路布局
如上所述，双向IPC-2581接口是在CAD系统和制造商之间交换阻抗控制计算和板层堆叠配置的宝贵工具。然而，在您的CAD系统中还有许多其他特性和功能，可以帮助您设计高速传输线。其中之一是使用设计规则和约束的全部功能。
Allegro的约束管理器允许您为您的设计设置规则，包括如何路由不同类型的传输线。你将能够限制层特定的网或网组可以路由上，指定通孔，并控制组件和其他板对象间距。对于受控阻抗线，您将能够为网络或网络组指定唯一的线宽、间隙、线长和差分对配置。然而，这些规则和约束不仅控制路由，还控制PCB设计的所有方面。您可以为阻焊覆盖范围和组件间距以及许多不同的电气规格设置特定的制造要求。
Cadence的工具可以在你如何设计高速印刷电路板的成功和失败之间产生很大的差异。此外，Cadence还提供了一些有用的信息，例如如何解决常见的高速设计问题电子书．
如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，和我们的专家团队谈谈吧．