高速电路布线避坑实战:新手照做就能跑的完整步骤

发布于 更新于
1,222
详情介绍
智行者IC社区持续更新技术干货、实操教程、案例分享与常见问题解答,为学习者提供实用的学习参考资料。

吾实测Altium Designer 22版本,曾踏入信号反射以及串扰之坑,新手依循一步步操作,即可轻易躲过此类常见问题。高速电路布线并非玄学,其核心是三件事:让阻抗匹配,对走线长度加以控制,使地平面保持完整。下面直接呈上硬步骤。

第一步 设置叠层结构与阻抗参数

开启PCB编辑界面,步入Design菜单,进而转至Layer Stack Manager。处在叠层管理器里,针对4层板去设定典型叠层,所设置的依次为,顶层也就是信号层,接着是内电层1即GND,随后是内电层2同样为电源,最后到底层也就是信号层。每一层的介质厚度设定为0.2mm,铜厚设定为1oz。重要的一步:选定顶层信号层,在右侧Impedance栏当中键入目标阻抗值50Ω,软件自行算出走线宽度。我这儿建议把走线宽度设置成6.5mil,这是在FR4板材情况下50Ω单端微带线的最佳数值,既能够确保阻抗匹配,又不会变得过细导致工艺良率有所降低。

【新手避坑】新手极易犯的错误是忽视叠层对称性。如果仅设置了顶层与底层,而中间层随意进行填充,在压合之后板材便会发生翘曲,导致阻抗实测值同计算值的偏差超过 10%。应对办法是什么呢?那便是务必确保叠层上下实现对称,比如说 4 层板要依照信号-地-电源-信号的次序设置,切不可改成信号-信号-地-电源。

第二步 约束差分对与等长规则

在Design的里头进入Rules,去新建出来一个High Speed规则类,将Matched Lengths给选上,把时钟信号组等长容差设定为正负5mil。下面开启Differential Pairs Routing,把差分对走线的间隙设定成8mil,线宽维持6.5mil不做改变。在此存在一同实际操作的对比情况:方案A是先由人工进行拉线操作之后再去调整等长,方案B是直接借助Interactive Differential Pair Length Tuning工具自动环绕蛇形线。实际测量得出,方案A适宜低频(也就是低于100MHz)并且板子空间充足的情况,手工调整具备灵活性;方案B适合高频(1GHz以上)且密度大的情况,自动工具能够确保等长误差处于±3mil范围内,然而绕线区域会多占用30%的面积。我的选择逻辑是:当信号速率超过500MHz时,硬性采用方案B。

【新手避坑】:差分对于绕线时,若运用180度弯头替换蛇形线,信号回流路径将会发生突变,进而引发共模噪声。出现报错现象为:EMC测试超出标准,辐射峰值呈现于时钟频率的奇次谐波之处。正确的做法是:蛇形线弯折角度务必维持在135度以上,绕线区段长度不可超过总走线的20%。

第三步 完整地平面与过孔退耦

排线完成以后了,在Place→Polygon Pour里为内电层GND绘制铜皮,进行热焊盘连接,将安全间距设定成12mil。重点在于:在每一对电源过孔的旁边放置一个退耦电容,距离不超过50mil。报错的示例为:某块板子进行调试时,DDR3数据线眼图闭合,读写出错。经过排查发觉是GND层被划分成两块,信号回流绕了个很大的圈。解决流程:先在View→Board Planning Mode里去查看内电层有没有完全隔离的孤岛铜皮;接着,处在孤岛与主地之间打一排过孔,过孔设定间距为100mil;然后,再铺铜并且运行Tools→Design Rule Check,核查确认不存在Un-Routed Net以及Clearance违规。

退耦电容的接地过孔,若仅打一个,高频阻抗会飙升至10Ω以上,这是给新手的避坑提示。正确的做法是,每个电容至少要用两个过孔并联接地,过孔孔径为0. 3mm,焊盘直径是0. 6mm。

该方法对柔性电路板(FPC)的布线并不适用,这是由于FPC的介质层厚度导致阻抗控制出现较大偏差,并且铜箔附着力也会造成这种情况,其替代方案是采用差分对补偿电容结构来进行微调匹配。另外要是板级工作频率超出10GHz,因FR4板材的介电损耗过高,故而建议升级到Rogers 4350B高频板材,此时叠层结构以及走线规则都必须重新计算。

常见问题(FAQ)

四层板的叠层顺序怎么排才不翘曲?
按信号-地-电源-信号的顺序设置,每层介质厚度0.2mm、铜厚1oz,保证上下对称;若中间层随意填充,压合后板材会翘曲,实测阻抗偏差超过10%。
时钟信号的等长容差设多少?
在Design的Rules里新建一个High Speed规则类,选上Matched Lengths,把时钟信号组的等长容差设为正负5mil。
差分对蛇形绕线有什么要求?
蛇形线弯折角度要保持在135度以上,绕线区段长度不超过总走线的20%;若用180度弯头,回流路径会突变而引发共模噪声,导致EMC超标。
0 / 600
0 讨论
热门最新
总结
暂无总结