差分对等长布线实战：绕线避坑与阻抗匹配全流程

本人对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致使信号反射的情况, 新手只要依照步骤一步步去操作, 便能够轻松躲开这类常见问题。

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之内, 与此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。

在实际的操作情形当中, 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。通过这样的方式进行布线绕线之后, 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予以启用这种情况。能够快速达成解决目的的办法是, 在Route菜单之下进行选择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

于实际项目当中, 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形或者调试的阶段, 其具备的优势在于能够灵活地对绕线的形状予以控制, 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较为缓慢, 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, 倘若采用Cadence的Auto Router插件, 便能够批量处理达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形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状况下, 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状况, 致使阻抗突然发生变化, 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, 再次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。

一站式解决流程：

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, 当时予以校正。

2. 查验线宽线距, 于Allegro之中借由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, 缘由是乃是绕线之际软件自行调整了线宽。

3. 修复的操作步骤是, 于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, 问题得以解决。

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, 于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。