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PCB电路板设计单端和差分信号


有时,在区分为“慢”或“快”信号之间的区分似乎是任意的,并且可能取决于您询问的人。一个相关的主题是PCB电路板设计走线在电气上是“短”还是“长”,您可能会在该主题上发现同样多的分歧。无论您需要在PCB中路由慢速信号还是快速信号,您的走线都需要遵循一些PCB布线规则,以确保您的电路板按预期工作。
开始在组件之间路由信号之前,您需要查看您的设计规则,并将其调整为符合信号标准。在开始围绕PCB布线信号之前,需要设置以下重要的PCB布线规则。
单端信号的PCB电路板设计布线规则
关于PCB布线规则,最需要注意的一点是,布线标准不一定将自己定义为“低速”或“高速”。这种区别在很大程度上是由PCB设计人员创建和延续的,并且很大程度上是由于信号上升时间变得非常快(小于1 ns)时出现的信号完整性问题而引起的。因此,在设置设计规则时,了解信号标准中的约束更为重要,无论您要处理慢还是快的信号速度。
查找所需设计规则的第一个地方是信令标准的文档。大多数标准的文档可在线免费获得。随着创建更多设计,您将更加熟悉这些标准,并且知道在设计中设置哪些规则。适用于单端信号许多标准的一些最常见的PCB布线规则是:
匹配的长度。对于总线标准或带有源同步时钟的并行数据路由,您需要在一定容差范围内对一组中的所有网络强制执行长度匹配。在路由时,这是通过向网络添加长度调整结构来完成的。 
通过过渡。一些标准建议限制通孔过渡的数量,以防止过多的损耗,反射和其他寄生效应。 
最大长度。有时会为给定的损耗正切值指定网的最大长度,以防止信号过度衰减。如果您使用的是低损耗层压板,则可以根据损耗角正切值的差异来延长长度。 
间隙。迹线需要与不属于网络的其他对象(焊盘,组件,平面等)保持分开。这样可确保可制造性,减少不必要的寄生现象,并在高压设计中提供ESD保护。
宽度和阻抗。这两个量相互关联,用于高速设计中的受控阻抗。了解如何将阻抗和走线宽度指定为PCB布线规则。 
如果您需要为一组网络分配相同的PCB布线规则(对于单端信号组非常常见),最快的方法是将一组中的所有网络分配给一个网络类别。您可以从“ PCB编辑器”窗口中的“设计”→“类”选项。将网络分配给类别后,可以使用PCB规则和约束编辑器将设计规则分配给单个网络或网络类别。
其他可能不适用于特定信令标准的PCB布线规则也用于帮助确保您的设计井井有条。路由拓扑和路由层限制是两个主要的示例。对于更高级的设计,例如具有BGA占用空间的组件,您可以使用设计规则来配置扇出策略。处理差分对需要一组自己的设计规则,如下一节所示。
差分对路由规则
差分对是唯一的,因为可以将慢速和快速信号作为差分对进行路由。无论信号是快还是慢,差分对仍然需要遵守一些通常针对单端信号实施的设计规则。差分对要考虑的四个重要设计规则是:
阻抗公差。即使您路由的长度小于临界长度,也最好咬一下子弹,为差分对创建阻抗曲线,除非您的信令标准另有规定。其他几何约束将取决于沿差分对的允许阻抗变化。 
最大解耦长度。这告诉您最长的距离是差分对的两侧可以保持不耦合(即,相隔较大的距离)。这很重要,因为未耦合部分看起来像阻抗不连续,因此它必须足够短。 
长度匹配。请记住,差分信号是通过获取两个信号之间的差来读取的,因此这两个信号需要同时到达接收器。更快的信号需要更小的长度匹配容差。 
最大净长度。就像单端信号一样,差分信令标准可能具有最大长度限制。以CAN总线为例;即使这是慢速标准,最大链接长度(PCB迹线+电缆)也将取决于您将在系统中使用的数据速率。 
如果您使用的是高速差分对,则上面讨论的任何其他标准高速设计规则都可以应用于差分对。注意,最简单的方法是将相关的差分对分配给“差分对网络类别”,然后选择将由每个设计规则控制的类别。
如果在“对象匹配的地方”下拉菜单中未将设计规则配置为接受差分对网络类,则可以使用查询生成器创建自定义查询。如下所示,用于为差分对网络类分配最大长度(在PCB规则和约束编辑器的“高速”区域中找到)。
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