單端和差分信號的PCB布線規(guī)則

“慢”或“快”信號之間的區(qū)別似乎是任意的，可能取決于你問的人。 一個相關(guān)的話題是 PCB 布線在電氣上是“短”還是“長”。 您可能會發(fā)現(xiàn)關(guān)于此主題的許多差異。 無論您想在 PCB 中布線慢速信號還是快速信號，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。

在您開始在組件之間路由信號之前，您需要檢查您的設(shè)計規(guī)則并調(diào)整它們以滿足信號標(biāo)準(zhǔn)。 在開始圍繞 PCB 布線信號之前，您需要設(shè)置以下重要的 PCB 布線規(guī)則。

單端信號的PCB布線規(guī)則

關(guān)于PCB布線規(guī)則最需要注意的是，布線標(biāo)準(zhǔn)不一定將自己定義為“低速”或“高速”。 這種差異在很大程度上是由 PCB 設(shè)計人員創(chuàng)造和延續(xù)的，并且主要是由信號上升時間變得非常快（小于 1 ns）時的信號完整性問題引起的。 因此，在設(shè)置設(shè)計規(guī)則時，了解信號標(biāo)準(zhǔn)中的約束尤為重要，無論您處理的是慢信號還是快信號。

找到所需設(shè)計規(guī)則的第一個地方是信號標(biāo)準(zhǔn)文檔。 大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)文檔都可以免費在線獲得。 隨著您創(chuàng)建更多的設(shè)計，您將更加熟悉這些標(biāo)準(zhǔn)并了解設(shè)計中設(shè)置的規(guī)則。 適用于許多單端信號標(biāo)準(zhǔn)的一些最常見的 PCB 布線規(guī)則是：

匹配的長度。 對于具有源同步時鐘的總線標(biāo)準(zhǔn)或并行數(shù)據(jù)路由，您需要在一定的公差范圍內(nèi)對組中的所有網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)制進(jìn)行長度匹配。 路由時，這是通過向網(wǎng)絡(luò)添加長度調(diào)整結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。

通過過渡。 一些標(biāo)準(zhǔn)建議限制通孔過渡的數(shù)量，以防止過度損耗、反射和其他寄生效應(yīng)。

最大長度。 有時，為給定的損耗角正切值指定網(wǎng)絡(luò)的最大長度，以防止信號過度衰減。 如果使用的是低損耗層壓板，可以根據(jù)損耗角正切值的不同來延長長度。

清除。 跡線必須與不屬于網(wǎng)絡(luò)的其他對象（焊盤、組件、平面等）分開。 這確保了可制造性，減少了不必要的寄生現(xiàn)象，并在高壓設(shè)計中提供了 ESD 保護(hù)。

寬度和阻抗。 這兩個量相互關(guān)聯(lián)，用于高速設(shè)計中的受控阻抗。 了解如何將阻抗和布線寬度指定為 PCB 布線規(guī)則。

如果您需要將相同的 PCB 布線規(guī)則分配給一組網(wǎng)絡(luò)（對于單端信號組很常見），最快的方法是將一組中的所有網(wǎng)絡(luò)分配給一個網(wǎng)絡(luò)類別。 您可以從 PCB Editor 窗口中的設(shè)計→ 類型選項（見下文）訪問此功能。 將網(wǎng)絡(luò)分配給類別后，您可以使用 PCB 規(guī)則和約束編輯器將設(shè)計規(guī)則分配給單個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)類別。

其他可能不適用于特定信號標(biāo)準(zhǔn)的 PCB 布線規(guī)則也可用于幫助確保您的設(shè)計井然有序。 路由拓?fù)浜吐酚蓪酉拗剖莾蓚€主要示例。 對于更高級的設(shè)計，例如具有 BGA 封裝的組件，您可以使用設(shè)計規(guī)則來配置扇出策略。 處理差分對需要您自己的一套設(shè)計規(guī)則，如下一節(jié)所示。

差分對路由規(guī)則

差分對是獨一無二的，因為慢速和快速信號可以作為差分對進(jìn)行路由。 無論信號是快還是慢，差分對仍然需要遵循一些通常對單端信號強(qiáng)制執(zhí)行的設(shè)計規(guī)則。 差分對需要考慮的四個重要設(shè)計規(guī)則是：

阻抗容差。 即使你的布線長度小于臨界長度，你最好咬住子線來為差分對創(chuàng)建阻抗曲線，除非你的信號標(biāo)準(zhǔn)中另有規(guī)定。 其他幾何約束將取決于沿差分對的允許阻抗變化。

最大去耦長度。 這告訴你最長的距離是差分對的兩側(cè)可以保持不耦合（即相隔很遠(yuǎn)）。 這一點很重要，因為未耦合部分看起來像阻抗不連續(xù)，因此必須足夠短。

長度匹配。 請記住，差分信號是通過獲取兩個信號之間的差異來讀取的，因此這兩個信號需要同時到達(dá)接收器。 更快的信號需要更小的長度匹配容差。

最大凈長度。 與單端信號一樣，差分信號標(biāo)準(zhǔn)可能有最大長度限制。 以CAN總線為例； 即使這是一個慢速標(biāo)準(zhǔn)，最大鏈路長度（PCB 路由+電纜）也將取決于您將在系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)速率。

您可以在PCB 規(guī)則和約束編輯器的布線 → 差分對路由區(qū)域為上面的前兩點設(shè)置設(shè)計規(guī)則。 另外兩點可以在“高速”區(qū)域解決。

如果您使用的是高速差分對，則上面討論的任何其他標(biāo)準(zhǔn)高速設(shè)計規(guī)則都可以應(yīng)用于差分對。 請注意，最簡單的方法是將相關(guān)差分對分配給差分對網(wǎng)絡(luò)類別，然后選擇將由每個設(shè)計規(guī)則控制的類別。

就像單端網(wǎng)絡(luò)一樣，在開始設(shè)置 PCB 布線規(guī)則之前，請閱讀有關(guān)信號標(biāo)準(zhǔn)的文檔。 在這里，您可以找到差分信號標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)設(shè)計規(guī)則信息（通常在標(biāo)準(zhǔn)的“物理層”部分）。 在開始布線差分對之前，了解如何創(chuàng)建阻抗曲線、將網(wǎng)絡(luò)分配給差分對網(wǎng)絡(luò)類別，以及為這些類別設(shè)置一些設(shè)計規(guī)則。

您可以按照與將設(shè)計規(guī)則添加到單端網(wǎng)絡(luò)和差分對相同的步驟來分配這些 PCB 布線規(guī)則。 PCB加工廠和PCB組裝廠講解單端信號和差分信號的PCB布線規(guī)則。