阻抗控制布線和您的 PCB 設計規則

2021-07-17

阻抗控制布線和您的 PCB 設計規則

一旦開始設計高速或高頻 PCB，走線中的阻抗就成為設計過程中需要考慮的關鍵參數。信號源、負載和連接它們的每條跡線之間的阻抗不匹配會破壞信號。Altium Designer 無需手動計算 PCB 中每條走線的阻抗，而是通過集成的場解算器幫助阻抗控制布線。這簡化了您的設計過程并確保阻抗計算在整個布局中準確無誤。

一個完全統一、嚴格規則驅動的 PCB 設計平臺，用于高速 PCB 設計中的阻抗控制布線。

當高速 PCB 中的走線寬度值指定不正確時，信號問題會比比皆是。反射、振鈴和過沖由 PCB 上的走線導致，而沒有有效的阻抗控制布線。不匹配的發生是由于阻抗不連續性，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、大電源平面不連續性和連接器轉換。

您的 PCB 設計軟件不應重新發明輪子，而是應集成信號完整性工具，以確保在整個布局過程中實現精確的阻抗控制。許多走線阻抗值根本無法手動計算，您需要一些方法來確保每個信號到達其目的地而不會產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計核心任務所需的信號完整性工具。以下是您在高速設計和分析中需要注意的事項。

阻抗控制路由始于正確的計算器

在某些情況下，阻抗計算器非常有用，因為它們允許您通過確定完美的寬度來計算隔離走線的阻抗，以防止信號反射。定義跡線阻抗的方程式特定于跡線的幾何形狀，并且假設跡線與板上的任何其他跡線隔離。在實際 PCB 中，情況并非如此，因為跡線以電容性和電感性方式相互耦合。任何耦合的強度都會影響信號組的阻抗，并受基板介電常數的影響。

并不是走線阻抗計算器不準確，而是它們在適用性方面存在局限性。例如，不對稱帶狀線差分對中的跡線阻抗方程包括介電常數和幾何形狀的近似值。其他計算器將對同一系統使用不同的方程，具體取決于公式推導中使用的相關近似值。大多數計算器允許您放置超出常見跡線幾何形狀（微帶線與帶狀線）近似范圍的無效值，從而產生不準確的結果。

獲得最準確的阻抗計算

通過調整走線寬度和與參考平面的距離，可以將走線調諧到所需的阻抗值。確保阻抗受控布線還需要了解基板的介電常數和所需的走線寬度。同時考慮電路板中這兩種特性的最準確方法是使用帶有集成場解算器的阻抗計算器。這將有助于您在布線每條跡線和創建 PCB 布局時使用其他設計和信號分析工具。

如果您不熟悉阻抗失配可能引起的信號完整性問題，那么您應該在高速設計中使用信號完整性工具采取一些基本步驟。

走線阻抗計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頻率下的介電常數以及層堆疊中的一些參數。

您的層堆棧將影響您的走線阻抗，在定義設計規則和布線時應考慮到這一點。

在 Altium Designer 中定義差分阻抗控制的布線配置文件

設計規則中的阻抗計算

您的設計規則旨在確保您的印刷電路板按預期運行。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，或者您是否正確設計了焊盤和過孔，那么您的設計規則可以幫助您檢查。

您的設計規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、走線長度和過孔）對其幾何形狀和間距具有重要的規則和約束，應遵循這些規則和約束。這一切都是為了保持信號完整性并確保您的電路板能夠可靠地制造。如果您的 PCB 設計軟件具有強大的規則檢查引擎，您可以防止信號完整性并確保您的設備在離開生產線后立即正常工作。

EDA 工具包含用于確定傳播延遲、適當走線長度和走線阻抗的計算器。如果您使用帶有集成場解算器的 PCB 設計應用程序，您可以在創建布局時檢查 PCB 設計的所有這些方面。當您在電路板的任何層上布線銅跡線時，同一個場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具有正確的阻抗和傳播延遲，您可以在 PCB 設計規則中輕松定義這兩者。

在 Altium Designer 中檢查差分對的走線長度匹配。

確保您的布局符合您的設計約束

確保您的布局符合您應用的相關約束需要為您的新板定義設計規則。這不僅有助于確保每一層的走線寬度和長度一致等重要任務，還可以確保整個印刷電路板的阻抗一致。強大的規則編輯器是您在創建電路板原理圖時首先訪問的功能之一，但它有助于確保您的電路板正確運行并且可大規模制造。

您的 PCB 軟件應該可以在單個界面中輕松處理高速設計規則和約束。

使用差分對時，您的走線間距和幾何形狀將決定每條走線和差分對的阻抗。這是您可以在設計規則中指定的眾多參數之一。

阻抗控制布線有時需要在不同組件處端接走線，例如在布線 LVDS 時。您的 PCB 軟件應該具有適應性，并允許您應用任何端接方法。

Altium Designer 中的設計規則編輯器

最先進的阻抗控制模型

獲得極其準確的阻抗計算需要考慮基板介電常數的分散和典型 PCB 跡線的復雜幾何形狀。在線計算器根本行不通。您可以手動進行一些計算，但最容易確保電路板阻抗一致的方法是使用帶有集成場解算器的布線工具。這允許您在 PCB 中設計任何寬度和排列的阻抗控制走線。

PCB 跡線的高級建模工具需要一個精確的介電常數色散模型。這些功能還需要與您的 PCB 設計軟件中的設計規則集成，以創建高效的設計環境。這是您可以在 Altium Designer 中找到的環境類型，Altium Designer 是世界上唯一的完全集成的印刷電路板設計平臺。

Altium Designer 中的統一設計環境

Altium Designer 將規則檢查、信號完整性和 DFM 置于設計過程的核心。所有信號分析和設計驗證工具都可以與您的 CAD 功能和布線工具協同工作。PCB 設計行業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，是時候投入到統一設計中了。

規則驅動的設計引擎是 Altium Designer 的核心。這種獨特的軟件架構允許您的信號完整性工具和場解算器在您創建電路板時快速驗證布局的各個方面。

當您需要設計具有一致阻抗的走線幾何形狀時，您可以使用 Altium Designer 中的集成場解算器。該工具在大多數常見跡線幾何形狀的計算中包括銅粗糙度。

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，用于設計印刷電路板中的走線寬度和阻抗。

Altium Designer 中的統一設計環境將您的所有設計功能整合到一個界面中。這些工具旨在作為單一平臺的一部分協同工作，適用于任何應用，包括高級高速板和 HDI 設計。如果您想計算完美的走線寬度和阻抗，Altium Designer 擁有您成功所需的工具。