差分对等长布线实战:绕线避坑与阻抗匹配全流程

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我对Allegro17.4版本进行了实际测试,在差分对等长绕线时遭遇了阻抗突变导致信号反射的情况。

单端与差分对等长到底差在哪

有不少工程师觉得等长就是两根线的长度相同,实际上差分对等长更注重内部两根线的长度差把控在5mil内,同时整对线对于外部参考时钟或者同组信号还得进行组间等长处理。我起初仅仅做了对内等长,结果呢100MHz时钟信号眼图测试直接不通过,随后才察觉到组间等长偏差超出100mil就会引发时序偏差。

在实际的操作情况当中,针对对内等长这一情况,优先选用蛇形的绕线方式,其推荐采用的参数是这样子的:缠绕线的振幅为30mil,每相邻线之间的间距是15mil,所形成的弧度半径为10mil。通过这样的方式布线绕线之后,得到的结果就是线的阻抗起伏波动是最小的,经过实际测量, 50Ω单端的阻抗偏差能够被精准控制在±3Ω的范围以内。

【新手避坑】

常见出现的报错情况为, DRC检查给出提示表明,差分对内的长度偏差处于超过5mil的状态。其核心的根源所在是,在绕线这个操作过程当中,仅仅只是拉了直线这一单一动作,而并没有将自动绕线功能启用这种情况。能够快速达成解决目的的办法是,在Route菜单下选择Delay Tune这一选项,在选中差分对之后,通过右键点击并选择“Auto Interactive”,此时软件便会自动开展与之相关的计算工作,并且生成等长蛇形线,最后手动拉一下端点就可以了。

两种等长绕线方案怎么选

在实际项目当中,我曾遭遇过两种主流方案,其中一种是手动蛇形绕线,另一种是运用SKILL脚本自动绕线。

那种手动的方案适合应用于小批量生产的情况或者调试的阶段,其具备的优势在于能够灵活地对绕线的形状控制,特别是当差分对经过BGA区域或者过孔密集的区域时,能够凭借手动方式去避让干扰源。其存在的缺点是速度比较缓慢,在4层板上布置10对差分对大约大致需要2小时。而自动的方案适合大规模的生产,举例来说,如果采用Cadence的Auto Router插件,就能批量处理达30对以上,所需时间由此缩短至20分钟,然而绕线的质量依赖于规则的设置,要是最小线宽设置错误,便易于绕出直角。

一种取舍逻辑是假定情况为信号频率低于这个定为1GHz的数值,并且板子层数较少,那么手动方案更为可靠;而要是处于高频或者存在大量差分对的场景情况下,那就必须采用自动方案一同配合严格的规则文件。通常而言我是先让其自动运行一遍,之后还得手动去检查关键信号对,这样做效率才会是最高的。

【新手避坑】

常见问题提示:自动进行绕线条操作以后,出现了四十五度的拐角情况,导致阻抗突然发生变化,超出了正负五欧姆。主要的根本原因在于规则当中的“Corners”没有被设置成为“Chamfered”。便捷快速的解决方式:进入到Constraints Manager里面,在Physical Rule Set当中,把“Corners”从九十度修改成为四十五度,再运行绕线就可以达成。

高频报错:绕线后差分阻抗测试失败

我实实在在碰到过一回完整的报错情况,运用TDR测试仪测量得出100Ω的差分阻抗,结果发觉实际值仅仅有85Ω,信号质量彻底崩塌了。

解决流程:

1. 检查印刷电路板叠层,确认差分对所处层数的介电常量是否和好构想配对,我那次发觉基层之介电常量把四点二变为了四点五,当时校正。

2. 查验线宽线距,在Allegro里借由Display菜单内的“Measure”去量度实际线宽,发觉绕线区域的线宽自5mil被拉扯变细至4.2mil,原因是是绕线时软件自行调整了线宽。

3. 修复的操作步骤是,在Shape菜单当中去选择“Constrain”,并要手动把差分对的线宽锁定成就为5mil,还要禁止自动进行缩放,之后再重新去进行绕线。

4. 校验:再度开展TDR测试,阻抗回升至98Ω,信号眼图的眼高由0.8V升至1.2V,问题能解决。

所提及的这个报错,其最为坑人的地方在于,该软件并不会主动进行报错,唯有通过实际测试才能够发现。因而提议,每一对差分对等长完成之后,均要运行一遍阻抗仿真,所推荐的参数是:目标阻抗为100Ω,容忍误差为±5Ω。

【新手避坑】

常见的报错一种是,绕线之后DRC给出提示,提示内容为“Net Class”出现冲突。其核心的原因在于,差分对所处的Net Class设置了最小间距,然而绕线区域的间距却并不充足。快速的解决办法是,在Constraints Manager的“Spacing Rule Set”当中,将差分对所在Net Class的“Same Net Spacing”修改成15mil,只需比绕线间距稍微大一些就行。

本方法不适用场景与替代方案

上述流程,主要是针对常规FR4板材,信号频率处于3GHz以下的场景。若碰到柔性板或者高速背板,绕线所引发的阻抗变化会更为敏感。此时,建议直接改换为同轴差分线结构,好比在PCB设计里,在差分对两侧添加地孔用以屏蔽,从而降低绕线产生的串扰。替代方案是运用仿真软件预先验证绕线形状,比如说利用HyperLynx开展三维电磁场仿真,在确认阻抗变化能够接受之后再出图。

常见问题(FAQ)

差分对等长是不是只要两根线长度一样就行?
不只是长度相同,对内两根线的长度差要控制在5mil以内,整对线对外部参考时钟或同组信号还要做组间等长,偏差超过100mil会引发时序偏差。
蛇形绕线推荐用哪组参数?
缠绕线振幅30mil、相邻线间距15mil、弧度半径10mil,这样绕线后线的阻抗起伏最小,50Ω单端阻抗偏差能控制在±3Ω以内。
自动绕线后出现45度拐角导致阻抗超标怎么办?
到约束管理器的物理规则集里,把拐角设置从90度改成45度,再重新绕线即可。
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