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在做电路板设计的时候,需要在狭小空间里密集布满各种芯片和元器件,各种样式的数字或模拟信号在线路上流动并且相互影响,那么PCB设计就需要平衡各种规则要求。
在进行PCB设计的时候,有很多经验法则:比如尽量减少两条平行线的线长,走线间距大于3W(3倍线宽),布线不要走直角或锐角,这些经验法则对减小信号线间串扰都是十分有效的,但是到底layout走线有多长,这些串扰信号有多大,在实际产品中很难测量,所以有时候可以通过仿真做一个定性的认识。
在ADS中,建立一个微带线的模型,使用的是双层板的叠层设计,PCB的走线长度有6000mil
R1的线路是攻击传输线,R2和R3的线路是受害传输线,在R3所在的位置是受害线的近端串扰vn,在R2所在的位置是远端串扰vf,两个串扰信号大小是不一样的。
通过仿真可以清晰的看到,在攻击线为1V的阶跃信号下,受害线的近端串扰,最大达到400mV。远端串扰,最大接近到300mV.
通过这个仿真结果,还可以得到结论:信号在传输过程,肯定是近端先受到干扰,并且持续时间比较长。远端干扰需要一定的延时才会受到干扰,并且持续时间较短。
由于传输线的长度有6000mil,所以耦合的电压才会很高,随后将传输线的长度降低到600mil的时候,受害线的近端串扰和远端串扰的幅值和持续时间都降低了。
所以说在layout设计中,需要降低平行走线的长度,可以有效降低串扰电压。在做原理图设计的时候,也可以提前使用仿真,来评估允许串扰电压的限制值,以此作为layout设计依据。
当前的仿真,差分线的间距s=0.3mil,间距太小,这也是近端串扰和远端串扰值较大的原因
然后进一步将差分线的间距增加,从0.3mil增加到2mil,串扰的幅值也有100mV,还是较大。此时是s<w,线距不满足3W的线宽
随后将线宽s=10mil,尽管还满足3W原则,但近端和远端串扰得到的明显降低。
如果,再降低走线的线长,基本就能控制串扰在50mV以下。如下图仿真结果所示
所以在实际电路中,只要合理控制线长和线宽,就能得到较好的信号质量。
通过这个简单仿真定性分析,可以得到一些结论,经验公式还是很管用的。尽管我们可能都不知道这个经验法则是怎么来的,具体原理是什么,线间距和信号串扰幅度之间的具体关系式是怎样的也不是很清楚,但是在设计中只要遵守这些简单的原则,还是可以避免设计中大部分的信号完整性错误。然后再加上仿真工具做定性的指导,就能在layouts设计中更加有的放矢,比如,通过进一步仿真后,可以发现,在平行传输线达到一定长度后,即饱和长度。近端串扰就是定值,不会再随着长度的增加而增加。但是远端串扰依然会增加。
所以在实际设计中,传输线的耦合长度不要太长,尽量把耦合长度控制在饱和长度以内。
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@21小跑堂 最近发表的原创怎么都不审核了啊?