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單端和差分信號的PCB布線規(guī)則
單端和差分信號的PCB布線規(guī)則
在區(qū)分為“慢”或“快”信號之間的區(qū)分似乎是任意的，并且可能取決于您詢問的人。一個相關(guān)的主題是PCB走線在電氣上是“短”還是“長”，您可能會在該主題上發(fā)現(xiàn)同樣多的分歧。無論您是要在PCB中路由慢速信號還是快速信號，走線都需要遵循一些PCB布線規(guī)則，以確保您的電路板按預期工作。
像許多其他程序時，Altium Designer ?有助于使這一過程變得簡單，但Altium Designer中更進了位，并分離為慢速和快速的信號轉(zhuǎn)化為自己的類別PCB布線規(guī)則。開始在組件之間路由信號之前，您需要查看您的設(shè)計規(guī)則，并將其調(diào)整為符合信號標準。在開始圍繞PCB布線信號之前，需要設(shè)置以下重要的PCB布線規(guī)則。
單端信號的PCB布線規(guī)則
關(guān)于PCB布線規(guī)則，最需要注意的一點是，布線標準不一定將自己定義為“低速”或“高速”。這種區(qū)別在很大程度上是由PCB設(shè)計人員創(chuàng)建和延續(xù)的，并且很大程度上是由于信號上升時間變得非?？欤ㄐ∮?span>1 ns）時出現(xiàn)的信號完整性問題而引起的。因此，在設(shè)置設(shè)計規(guī)則時，了解信號標準中的約束就變得尤為重要，無論您處理的是慢速還是快速信號。
查找所需設(shè)計規(guī)則的第一個地方是信令標準的文檔。大多數(shù)標準的文檔可在線免費獲得。隨著創(chuàng)建更多設(shè)計，您將對這些標準更加熟悉，并且知道在設(shè)計中設(shè)置哪些規(guī)則。適用于單端信號許多標準的一些最常見的PCB布線規(guī)則是：
匹配的長度。對于總線標準或帶有源同步時鐘的并行數(shù)據(jù)路由，您需要在一定容差范圍內(nèi)對組中的所有網(wǎng)絡(luò)強制執(zhí)行長度匹配。在路由時，這是通過向網(wǎng)絡(luò)添加長度調(diào)整結(jié)構(gòu)來完成的。
通過過渡。一些標準建議限制通孔過渡的數(shù)量，以防止過多的損耗，反射和其他寄生效應(yīng)。
最大長度。有時會為給定的損耗正切值指定網(wǎng)的最大長度，以防止信號過度衰減。如果您使用的是低損耗層壓板，則可以根據(jù)損耗角正切值的差異來延長長度。
間隙。跡線必須與不屬于網(wǎng)絡(luò)的其他對象（焊盤，組件，平面等）保持分開。這樣可確?？芍圃煨?，減少不必要的寄生現(xiàn)象，并在高壓設(shè)計中提供ESD保護。
寬度和阻抗。這兩個量相互關(guān)聯(lián)，用于高速設(shè)計中的受控阻抗。了解如何將阻抗和走線寬度指定為PCB布線規(guī)則。
所有這些設(shè)計規(guī)則以及更多其他設(shè)計規(guī)則都可以 在Altium Designer的PCB規(guī)則和約束編輯器中進行訪問。如果您需要為一組網(wǎng)絡(luò)分配相同的PCB布線規(guī)則（對于單端信號組非常常見），最快的方法是將一組中的所有網(wǎng)絡(luò)分配給一個網(wǎng)絡(luò)類別。您可以從“ PCB編輯器”窗口中的“設(shè)計”→“類”選項（請參見下文）訪問此功能。將網(wǎng)絡(luò)分配給類別后，可以使用PCB規(guī)則和約束編輯器將設(shè)計規(guī)則分配給單個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)類別。
其他可能不適用于特定信令標準的PCB布線規(guī)則也用于幫助確保您的設(shè)計井井有條。路由拓撲和路由層限制是兩個主要的示例。對于更高級的設(shè)計，例如具有BGA占用空間的組件，您可以使用設(shè)計規(guī)則來配置扇出策略。處理差分對需要一組自己的設(shè)計規(guī)則，如下一節(jié)所示。
差分對路由規(guī)則
差分對是唯一的，因為可以將慢速和快速信號作為差分對進行路由。無論信號是快還是慢，差分對仍然需要遵守一些通常對單端信號強制執(zhí)行的設(shè)計規(guī)則。差分對要考慮的四個重要設(shè)計規(guī)則是：
阻抗公差。即使您的布線長度小于臨界長度，也最好咬一下子線，為差分對創(chuàng)建阻抗曲線，除非您的信令標準另有規(guī)定。其他幾何約束將取決于沿差分對的允許阻抗變化。
最大解耦長度。這告訴您最長的距離是差分對的兩側(cè)可以保持不耦合（即，相隔較大的距離）。這很重要，因為未耦合部分看起來像阻抗不連續(xù)，因此它必須足夠短。
長度匹配。請記住，差分信號是通過獲取兩個信號之間的差來讀取的，因此這兩個信號需要同時到達接收器。更快的信號需要更小的長度匹配容差。
最大凈長度。就像單端信號一樣，差分信令標準可能具有最大長度限制。以CAN總線為例；即使這是慢速標準，最大鏈接長度（PCB走線+電纜）也將取決于您將在系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)速率。
在Altium Designer中，您可以在PCB規(guī)則和約束編輯器的“路由”→“差分對路由”區(qū)域中為上面的前兩點設(shè)置設(shè)計規(guī)則。其他兩點可以在“高速”區(qū)域中解決。如下圖所示：
如果您正在使用高速差分對，則上面討論的任何其他標準高速設(shè)計規(guī)則都可以應(yīng)用于差分對。請注意，最簡單的方法是將相關(guān)的差分對分配給“差分對網(wǎng)絡(luò)類別”，然后選擇將由每個設(shè)計規(guī)則控制的類別。
如果在“對象匹配的位置”下拉菜單中未將設(shè)計規(guī)則配置為接受差分對網(wǎng)絡(luò)類，則可以使用查詢生成器創(chuàng)建自定義查詢。如下所示，用于為差分對網(wǎng)絡(luò)類分配最大長度（在PCB規(guī)則和約束編輯器的“高速”區(qū)域中找到）。
就像單端網(wǎng)絡(luò)一樣，在開始設(shè)置PCB布線規(guī)則之前，請閱讀有關(guān)信號標準的文檔。在這里，您可以找到差分信令標準的相關(guān)設(shè)計規(guī)則信息（通常在標準的“物理層”部分中）。在開始路由差分對之前，以了解如何創(chuàng)建阻抗曲線，如何將網(wǎng)絡(luò)分配給差分對網(wǎng)絡(luò)類別以及為這些類別設(shè)置一些設(shè)計規(guī)則。
我們?nèi)匀粵]有研究快速信號的信號完整性規(guī)則，到目前為止，您可能已經(jīng)注意到Altium Designer包含專門用于解決信號完整性問題的設(shè)計約束。您可以按照將設(shè)計規(guī)則添加到單端網(wǎng)絡(luò)和差分對所遵循的相同過程來分配這些PCB布線規(guī)則。Altium Designer中的這些功能使您可以完全控制設(shè)計并幫助您成功進行布線。