本文要點
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帶狀線佈線結構 |
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帶狀傳輸線佈線的(de)四個基本步驟 |
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如何使用(yòng) PCB 設計 CAD 工具完成傳輸線佈線 |
電路闆技術不斷發展壯大(dà)
隨著印刷電路闆 (PCB) 使用(yòng)的(de)處理(lǐ)器技術不斷進步，對電路闆電路傳導速度的(de)要求也(yě)在不斷提高(gāo)。處理(lǐ)器不斷進行新的(de)反覆運算(suàn)，信號切換速度也(yě)變得(de)越來越快(kuài)，這反過來又要求人(rén)們在 PCB 上對這些信號進行佈線時更加謹慎。由於這種電路的(de)時鐘頻率較高(gāo)，傳輸時間較短，許多(duō)在過去無需擔心的(de)佈線連接，現在都需要作為高(gāo)速傳輸線來處理(lǐ)。
為了(le)正確地傳導這些高(gāo)速切換的(de)傳輸線，在 PCB 中進行走線佈線時需要嚴格控制阻抗。這就要求電路闆傳輸線的(de)結構必須保持高(gāo)度一緻，防止任何部分(fēn)的(de)信號被反射。信號反射會造成線路雜訊，最終降低電路的(de)性能。為了(le)防止出現這樣的(de)問題，需要在 PCB 中設置闆層堆疊和(hé)帶狀傳輸線的(de)佈線規則，我們將在本文詳細探討。
帶狀線檢查
帶狀線 (Stripline) 佈線是一種電路闆層配置，在兩個接地平面層之間插入一個內部走線佈線層。透過仔細控制佈線層和(hé)平面層之間隔離材料的(de)厚度和(hé)介電常數 (Dk)，我們可(kě)以創建特定寬度和(hé)銅重的(de)走線，使其在特定阻抗下(xià)工作。該過程被稱為受控阻抗佈線，在 PCB 上進行傳輸線佈線時，通(tōng)常需要這樣操作來消除任何信號反射。
另一種傳輸線佈線配置是微帶線 (microstrip)，除了(le)是在電路闆的(de)外層上進行佈線外，微帶線與帶狀線的(de)佈線方式類似。採用(yòng)這種配置，表面佈線層下(xià)方隻有一個參考平面和(hé)隔離介質。由於不會像帶狀線那樣，在佈線上方和(hé)下(xià)方擁有相同數量的(de)屏蔽，微帶線不能提供相同的(de)隔離水(shuǐ)準。此外，由於空氣介電常數的(de)影(yǐng)響，走線暴露在外，而不是夾在平面之間，這會改變阻抗的(de)計算(suàn)結果。因此，微帶線的(de)佈線通(tōng)常要寬於帶狀線佈線。
然而，由於帶狀線佈線在介電層和(hé)平面層之間的(de)隔離效果很好，傳輸線不會像微帶線那樣輻射出那麼多(duō)的(de)能量。這使得(de)更小、更緊湊的(de)佈線走線成為可(kě)能。此外，帶狀線配置還能提供更多(duō)的(de)保護，防止傳入入侵 (aggressor) 信號產生幹擾。接下(xià)來，我們來看看帶狀傳輸線佈線的(de)四個基本步驟。
元件下(xià)方的(de) PCB 佈線
帶狀傳輸線佈線
要想成功地進行帶狀傳輸線佈線，需要考慮四個基本步驟：
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層堆疊：使用(yòng)帶狀線配置進行傳輸線佈線，首先要創建闆層堆疊。不僅需要指定兩個接地平面之間的(de)專用(yòng)佈線層，還必須規劃介電材料及其寬度。這對下(xià)一步的(de)工作十分(fēn)重要。 |
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阻抗計算(suàn)：PCB layout 團隊需要知道電路闆層疊構資訊，以便正確計算(suàn)受控阻抗線的(de)佈線寬度。透過插入之後會使用(yòng)的(de)電路闆材料及其寬度，使用(yòng)計算(suàn)器即可(kě)確定目標阻抗值的(de)正確走線寬度。 |
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佈線：傳輸線需要與其他(tā)類型的(de)信號佈線相互隔離，所以要設置好設計規則，使這些線路之間保持足夠的(de)間隙。其他(tā)信號可(kě)以使用(yòng)同一層，它們隻是需要遠離高(gāo)速傳輸線，以保持這些線路的(de)信號完整性。 |
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接地平面：進行傳輸線佈線時，一定不要在接地平面的(de)中斷點上佈線。傳輸線需要一個不間斷的(de)平面層，以保證信號返回路徑直接、無幹擾。任何由於分(fēn)割平面、切口，甚至大(dà)量過孔而造成的(de)平面層中斷，都會導緻回傳信號在平面上遊走，產生噪音(yīn)。 |
此時，我們已經準備好開始進行帶狀傳輸線佈線了(le)。根據需要，我們也(yě)可(kě)以使用(yòng)不同類型的(de)帶狀線佈線配置。在某些情況下(xià)，可(kě)能需要在參考平面之間進行佈線偏移，或與另一個信號耦合在一起。下(xià)圖中展示了(le)一些例子。
帶狀線佈線結構的(de)一些示例
設計工具中需要具備哪些功能來順暢進行帶狀線佈線設計？
下(xià)一個問題是，我們的(de) PCB 設計工具是否足以順暢完成帶狀傳輸線佈線？ 以下(xià) PCB 設計工具功能會非常有幫助——首先是能夠直接與製造商合作，以導入電路闆層疊構資訊。透過使用(yòng) IPC 2581 資料格式，製造商可(kě)以向我們發送他(tā)們首選的(de)層疊構資訊，包括材料、寬度和(hé)層配置。然後，我們可(kě)以使用(yòng)同樣的(de)協議回傳完成的(de)電路闆檔，以便進行製造和(hé)組裝。設計工具中內置的(de)阻抗計算(suàn)器也(yě)很有説明(míng)，設計規則和(hé)高(gāo)階編輯功能也(yě)可(kě)用(yòng)於進行佈線和(hé)創建接地平面。
Cadence 公司的(de) PCB 設計系統具有上述提到的(de)所有成熟的(de)特性和(hé)功能。OrCAD PCB Designer 、Allegro PCB Designer 提供了(le)專業的(de)工具和(hé)功能，可(kě)幫助您順利完成設計的(de)各個階段——從概念設計到最終的(de)製造檔，並能協助您進行帶狀傳輸線的(de)佈線。藉助 OrCAD / Allegro，您可(kě)以使用(yòng)零件庫、電路圖Capture和(hé) SPICE 工具，以及實現成功設計所需的(de)所有 PCB layout 功能。
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譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
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