高速PCB布线中的传输线类型
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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
对电子产品中次等产品的需求不断推动电路板技术向更高的能力和性能水平发展。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，高速信号是一个偶尔的设计挑战，但现在它们成为PCB布局设计过程中的一个正常部分。
成功的高速布线要求设计者了解在他们的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路由痕迹了。相反，最重要的是创造最优跟踪路由为了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工作的传输线的类型，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布局设计人员长时间地布线痕迹而不用担心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迹不会产生导致信号完整性问题的条件。但是，较高的信号速度加上较长的迹线将改变迹线的行为，使之成为传输线。高速信号通过线路和返回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，大部分长轨迹都应考虑为传输线。试图推断一条轨迹何时不再像简单导体一样工作而开始像传输线一样工作并不是一项简单的任务，因为没有设置导致这种变化的轨迹长度。当信号的上升时间乘以它的速度大致等于迹的长度时，迹就容易表现得像传输线一样。波长有时也被用作确定痕量物行为变化的标准，但信号完整性专家对于如何计算波长并不总是一致。由于数字信号的频率成分各不相同，所以不能只处理一个波长。
最保险的做法是，如果你处理的是具有确定阻抗值的高速信号，你应该总是根据阻抗要求设计传输线，而不必担心线路的长度。信号波的快速上升和下降时间会造成巨大的问题，如果忽略传输线效应的轨迹。这些情况会导致反射、电磁干扰、串扰和许多其他信号完整性问题。接下来，我们将看看什么是传输线在电路板布局。
高速设计图上的轨迹经过地平面层
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个导体:信号的轨迹和参考平面上的返回路径，参考平面通常是接地的。两个导体被介质材料隔开，通常的结构是信号层上的迹线与相邻的接地面。设计人员通过仔细计算带介质材料的导线的铜重量和分隔两个导体的深度来确定导线的宽度。这确保了线路在其整个路由长度中具有相同的阻抗，称为阻抗控制路由．
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，微带配置被用在板的外层，但它也可以被嵌入到内层，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，带状线提供了微带所不能提供的可选配置，如非对称和横向耦合。
PCB布局中不同类型的传输线的示意图
还有另一种传输线配置，其中外部信号轨迹的返回路径由其两侧的两条地面轨迹方便，而不是参考平面。这种配置要求沿路线长度的跟踪之间有精确的间距，但它并不常用。
高速设计中的任何信号都可以像传输线一样工作，包括数据、内存、时钟、控制和设计中的任何其他网络。关键是您正在处理的信号速度有多快。上升时间小于等于5纳秒的信号属于高速信号。同样重要的是，设计者要意识到信号速度不是由时钟频率测量的。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一个具有非常快的上升和下降时间的高速设备。现在，让我们看看在高速设计中铺设这些不同类型的传输线所需的一些技术。
PCB传输线布局技术
布线传输线时的主要考虑因素之一是通过使用线路的特定迹宽来控制线路的阻抗。如果沿线路长度的阻抗不匹配，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。为了控制这个阻抗，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，以确定正确的迹宽。
有不同的方法来计算迹宽阻抗控制路由：
- 使用网上提供的众多计算器之一。
- 现在大多数PCB CAD系统的软件中都有阻抗计算器，以帮助设计人员配置其设计的板层堆叠。
- 利用PCB制造商的经验。这些人已经制造电路板很长时间了，他们确切地知道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’s快板PCB编辑器，你可以使用他们的双向接口，直接与一个类似的装备IPC-2581格式的制造商通信。通过该接口，您可以交换控制阻抗值、板层堆叠配置和制造信息。
一旦你的PCB设计数据库被正确配置，是时候布置电路板了。以下是传输线布线的一些设计建议:
- 不要穿过参考平面上的分叉、断裂或拥挤的区域——这会破坏返回路径。
- 尽可能保持传输线在一层。
- 如果您必须在信号层之间转换，则在跟踪旁边使用地面传输通道以不间断地继续返回路径。
- 保持差分信号在一起，不要在通孔周围破坏它们。
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这方面的示例。
印刷电路板上的差动对布线
利用PCB CAD工具的力量进行传输线布局
正如我们上面提到的，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无价工具。然而，在您的CAD系统中还有许多其他特性和功能，它们也将帮助您设计高速传输线。其中之一就是充分利用设计规则和约束的所有功能。
Allegro的约束管理器允许你为你的设计设置规则，包括不同类型的传输线如何被路由。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的空间。对于控制阻抗线，您将能够为网或网组指定唯一的线宽、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，它们还控制PCB设计的所有方面。您可以设置特定的制造要求，焊锡掩膜覆盖范围和组件间距和许多不同的电气规格。
Cadence的工具可以在设计高速印刷电路板的成功与失败之间产生很大的差别。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．
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