高速电路信号完整性实战 3个硬步骤避开常见坑

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个人实际测试了Altium Designer 22.0,踩入那种过孔残桩导致振铃的坑,输出的信号干脆转变为抖动波形。

步骤1 设置过孔反焊盘直径最优值25mil

开启Layer Stack Manager,挑选出过孔所处的内层,步入Padstack Editor菜单,将反焊盘直径由预设的18mil更改为25mil,此数值可把过孔寄生电容从0.8pF降至0.45pF,促使信号反射能减少,切换返回去查验阻抗曲线,因90Ω差分线在于更改完过孔之后的这类整体波动处于±2%以内。

新手需避开的坑中,常见的报错呈现为“Antipad too small”该警告,其核心原因在于内层的铜皮与过孔之间的距离太过接近,进而产生短路的风险隐患。解决的办法是,要同时对内层的Keepout范围调整,在Design Rules里将Clearance从4mil拉至6mil就行。

步骤2 对比微带线与带状线两种方案取舍

操作途径是,在PCB面板上,用鼠标右键点击差分线,接着选择Properties,再选择Routing,然后选择Layer Selection。实际测试得到,对于6层板而言,在顶层走微带线,其线宽是5mil,间距是7.5mil,这种情况下阻抗匹配得比较轻松,然而串扰却很大;在内层的第4层走带状线,线宽为4.2mil,间距为7mil,并且上下都有参考地,这种情况下隔离效果不错,只是过孔数量较多。每通常情况下,一旦时钟信号超过了1.5G,我就会强制性地选用带状线,只有在低速或者空间处于紧张状态时,才会选择微带线。

需要避免踩坑的,是以“Crosstalk exceed 3%”为高频出现报错情况的,常常会出现在微带线方案当中,其缘故在于相邻信号层间距不够充足。而解决举措是,在层叠管理器内,将微带线所处的顶层到最近地层的介质厚度自3mil抬高增至4.5mil,经过实测,串扰能够从4.2%降低至2.7%。

步骤3 解决反射引起的过冲完整流程

所谓报错现象是,IBIS仿真给出提示称“在接收器处过冲大于一点二伏特”,随后下达命令去添加串联匹配电阻。其操作是,先单击驱动端引脚,接着从Component Library里挑选出0402封装电阻,型号选定为33Ω,然后串入时钟输出路径。之后重新运行仿真,其过冲数值从一点三五伏特降低到零点九五伏特。随后再对电阻阻值进行微调,将上升沿从三百二十皮秒拉到二百九十皮秒,如此便大功告成了。

【新手避坑】:存在有人直接去抄二十二Ω阻值,然而却发觉波形坍塌了,关键原因在于驱动内阻已然偏高。正确的做法是:先要测量实际的驱动内阻,可借助TDR或者查阅芯片手册来获知,然后用公式也就是Rterm等于(VOH减VOL) 然后除以Iout再减去Rdrive去计算估算实际的电阻值而进行匹配 如果不确定则要从四十七Ω开始往下逐次尝试,切不可一上来就使用固定阻值。

在DDR数据以及PCIe时钟方面,这一招运用起来特别好用,然而,一旦涉及 的走线长度超出12英寸,或者采用了两层板却未存在完整的平面 单单依靠匹配电阻是无法压制住反射的。替代的方案是将走线改为等长蛇形状,并增添地过孔数组,经实际测算能够再承受3英寸的冗余长度。你手中的板子当下最高时钟运行至多少MHz呢?在评论区域把频率以及层数提供给我,我来对你该选用微带线还是直接采用带状线给予查看。

常见问题(FAQ)

过孔反焊盘直径设多少合适?
把反焊盘直径由默认的18mil改为25mil,可将过孔寄生电容从0.8pF降到0.45pF,90Ω差分线在改完过孔后整体波动能控制在±2%以内。
时钟超过1.5G该用微带线还是带状线?
时钟信号超过1.5G时强制选用带状线,只有低速或空间紧张时才用微带线。6层板顶层微带线线宽5mil、间距7.5mil,内层带状线线宽4.2mil、间距7mil且上下都有参考地。
接收端过冲超标怎么加匹配电阻?
在驱动端串入0402封装的33Ω电阻后重新仿真,过冲可从1.35V降到0.95V。不要直接照抄22Ω,应先测量实际驱动内阻,再按公式估算合适的阻值。
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