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阻抗控制布線和您的 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)則
阻抗控制布線和您的 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)則
一旦開始設(shè)計(jì)高速或高頻 PCB，走線中的阻抗就成為設(shè)計(jì)過程中需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)。信號(hào)源、負(fù)載和連接它們的每條跡線之間的阻抗不匹配會(huì)破壞信號(hào)。Altium Designer 無(wú)需手動(dòng)計(jì)算 PCB 中每條走線的阻抗，而是通過集成的場(chǎng)解算器幫助阻抗控制布線。這簡(jiǎn)化了您的設(shè)計(jì)過程并確保阻抗計(jì)算在整個(gè)布局中準(zhǔn)確無(wú)誤。
一個(gè)完全統(tǒng)一、嚴(yán)格規(guī)則驅(qū)動(dòng)的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái)，用于高速 PCB 設(shè)計(jì)中的阻抗控制布線。
當(dāng)高速 PCB 中的走線寬度值指定不正確時(shí)，信號(hào)問題會(huì)比比皆是。反射、振鈴和過沖由 PCB 上的走線導(dǎo)致，而沒有有效的阻抗控制布線。不匹配的發(fā)生是由于阻抗不連續(xù)性，例如走線寬度變化、缺少端接、T 型短截線或分叉走線、布線層之間的過孔、大電源平面不連續(xù)性和連接器轉(zhuǎn)換。
您的 PCB 設(shè)計(jì)軟件不應(yīng)重新發(fā)明輪子，而是應(yīng)集成信號(hào)完整性工具，以確保在整個(gè)布局過程中實(shí)現(xiàn)精確的阻抗控制。許多走線阻抗值根本無(wú)法手動(dòng)計(jì)算，您需要一些方法來(lái)確保每個(gè)信號(hào)到達(dá)其目的地而不會(huì)產(chǎn)生過多的損失或失真。Altium Designer 具有阻抗控制布線和許多其他高速設(shè)計(jì)核心任務(wù)所需的信號(hào)完整性工具。以下是您在高速設(shè)計(jì)和分析中需要注意的事項(xiàng)。
阻抗控制路由始于正確的計(jì)算器
在某些情況下，阻抗計(jì)算器非常有用，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S您通過確定完美的寬度來(lái)計(jì)算隔離走線的阻抗，以防止信號(hào)反射。定義跡線阻抗的方程式特定于跡線的幾何形狀，并且假設(shè)跡線與板上的任何其他跡線隔離。在實(shí)際 PCB 中，情況并非如此，因?yàn)檑E線以電容性和電感性方式相互耦合。任何耦合的強(qiáng)度都會(huì)影響信號(hào)組的阻抗，并受基板介電常數(shù)的影響。
并不是走線阻抗計(jì)算器不準(zhǔn)確，而是它們?cè)谶m用性方面存在局限性。例如，不對(duì)稱帶狀線差分對(duì)中的跡線阻抗方程包括介電常數(shù)和幾何形狀的近似值。其他計(jì)算器將對(duì)同一系統(tǒng)使用不同的方程，具體取決于公式推導(dǎo)中使用的相關(guān)近似值。大多數(shù)計(jì)算器允許您放置超出常見跡線幾何形狀（微帶線與帶狀線）近似范圍的無(wú)效值，從而產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。
獲得最準(zhǔn)確的阻抗計(jì)算
通過調(diào)整走線寬度和與參考平面的距離，可以將走線調(diào)諧到所需的阻抗值。確保阻抗受控布線還需要了解基板的介電常數(shù)和所需的走線寬度。同時(shí)考慮電路板中這兩種特性的最準(zhǔn)確方法是使用帶有集成場(chǎng)解算器的阻抗計(jì)算器。這將有助于您在布線每條跡線和創(chuàng)建 PCB 布局時(shí)使用其他設(shè)計(jì)和信號(hào)分析工具。
如果您不熟悉阻抗失配可能引起的信號(hào)完整性問題，那么您應(yīng)該在高速設(shè)計(jì)中使用信號(hào)完整性工具采取一些基本步驟。
走線阻抗計(jì)算器可以幫助您確定適合電路板的走線寬度。您需要知道基板在相關(guān)頻率下的介電常數(shù)以及層堆疊中的一些參數(shù)。
您的層堆棧將影響您的走線阻抗，在定義設(shè)計(jì)規(guī)則和布線時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。
在 Altium Designer 中定義差分阻抗控制的布線配置文件
設(shè)計(jì)規(guī)則中的阻抗計(jì)算
您的設(shè)計(jì)規(guī)則旨在確保您的印刷電路板按預(yù)期運(yùn)行。如果您不確定如何最好地在組件之間布線、將組件放置在接地層/電源層的位置，或者您是否正確設(shè)計(jì)了焊盤和過孔，那么您的設(shè)計(jì)規(guī)則可以幫助您檢查。
您的設(shè)計(jì)規(guī)則不僅僅用于檢查組件放置。布局中的某些特征（如走線寬度、走線長(zhǎng)度和過孔）對(duì)其幾何形狀和間距具有重要的規(guī)則和約束，應(yīng)遵循這些規(guī)則和約束。這一切都是為了保持信號(hào)完整性并確保您的電路板能夠可靠地制造。如果您的 PCB 設(shè)計(jì)軟件具有強(qiáng)大的規(guī)則檢查引擎，您可以防止信號(hào)完整性并確保您的設(shè)備在離開生產(chǎn)線后立即正常工作。
EDA 工具包含用于確定傳播延遲、適當(dāng)走線長(zhǎng)度和走線阻抗的計(jì)算器。如果您使用帶有集成場(chǎng)解算器的 PCB 設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，您可以在創(chuàng)建布局時(shí)檢查 PCB 設(shè)計(jì)的所有這些方面。當(dāng)您在電路板的任何層上布線銅跡線時(shí)，同一個(gè)場(chǎng)解算器將檢查布局的所有這些方面。然后，您可以直觀地看到您的走線何時(shí)具有正確的阻抗和傳播延遲，您可以在 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)則中輕松定義這兩者。
在 Altium Designer 中檢查差分對(duì)的走線長(zhǎng)度匹配。
確保您的布局符合您的設(shè)計(jì)約束
確保您的布局符合您應(yīng)用的相關(guān)約束需要為您的新板定義設(shè)計(jì)規(guī)則。這不僅有助于確保每一層的走線寬度和長(zhǎng)度一致等重要任務(wù)，還可以確保整個(gè)印刷電路板的阻抗一致。強(qiáng)大的規(guī)則編輯器是您在創(chuàng)建電路板原理圖時(shí)首先訪問的功能之一，但它有助于確保您的電路板正確運(yùn)行并且可大規(guī)模制造。
您的 PCB 軟件應(yīng)該可以在單個(gè)界面中輕松處理高速設(shè)計(jì)規(guī)則和約束。
使用差分對(duì)時(shí)，您的走線間距和幾何形狀將決定每條走線和差分對(duì)的阻抗。這是您可以在設(shè)計(jì)規(guī)則中指定的眾多參數(shù)之一。
阻抗控制布線有時(shí)需要在不同組件處端接走線，例如在布線 LVDS 時(shí)。您的 PCB 軟件應(yīng)該具有適應(yīng)性，并允許您應(yīng)用任何端接方法。
Altium Designer 中的設(shè)計(jì)規(guī)則編輯器
最先進(jìn)的阻抗控制模型
獲得極其準(zhǔn)確的阻抗計(jì)算需要考慮基板介電常數(shù)的分散和典型 PCB 跡線的復(fù)雜幾何形狀。在線計(jì)算器根本行不通。您可以手動(dòng)進(jìn)行一些計(jì)算，但最容易確保電路板阻抗一致的方法是使用帶有集成場(chǎng)解算器的布線工具。這允許您在 PCB 中設(shè)計(jì)任何寬度和排列的阻抗控制走線。
PCB 跡線的高級(jí)建模工具需要一個(gè)精確的介電常數(shù)色散模型。這些功能還需要與您的 PCB 設(shè)計(jì)軟件中的設(shè)計(jì)規(guī)則集成，以創(chuàng)建高效的設(shè)計(jì)環(huán)境。這是您可以在 Altium Designer 中找到的環(huán)境類型，Altium Designer 是世界上唯一的完全集成的印刷電路板設(shè)計(jì)平臺(tái)。
Altium Designer 中的統(tǒng)一設(shè)計(jì)環(huán)境
Altium Designer 將規(guī)則檢查、信號(hào)完整性和 DFM 置于設(shè)計(jì)過程的核心。所有信號(hào)分析和設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具都可以與您的 CAD 功能和布線工具協(xié)同工作。PCB 設(shè)計(jì)行業(yè)的其余部分仍然將這些功能分離到具有不同工作流程的不同程序中。不是在相同的舊范式下工作，是時(shí)候投入到統(tǒng)一設(shè)計(jì)中了。
規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)引擎是 Altium Designer 的核心。這種獨(dú)特的軟件架構(gòu)允許您的信號(hào)完整性工具和場(chǎng)解算器在您創(chuàng)建電路板時(shí)快速驗(yàn)證布局的各個(gè)方面。
當(dāng)您需要設(shè)計(jì)具有一致阻抗的走線幾何形狀時(shí)，您可以使用 Altium Designer 中的集成場(chǎng)解算器。該工具在大多數(shù)常見跡線幾何形狀的計(jì)算中包括銅粗糙度。
一致的阻抗控制布線需要使用層堆棧管理器自定義您的電路板。Altium Designer 包括最好的層堆棧管理器，用于設(shè)計(jì)印刷電路板中的走線寬度和阻抗。
Altium Designer 中的統(tǒng)一設(shè)計(jì)環(huán)境將您的所有設(shè)計(jì)功能整合到一個(gè)界面中。這些工具旨在作為單一平臺(tái)的一部分協(xié)同工作，適用于任何應(yīng)用，包括高級(jí)高速板和 HDI 設(shè)計(jì)。如果您想計(jì)算完美的走線寬度和阻抗，Altium Designer 擁有您成功所需的工具。