AD设计案例：Altium Designer 22 实战避坑指南

实测 Altium Designer 2022.4.0, 体验了 PCB 层叠设置与阻抗不匹配的困扰, 新手依步骤操作, 可避开此类现象。许多初学者画板子时, 只注重布线美观, 却忽视底层电气规则限制, 致使打样回来信号完整性欠佳, 甚至芯片运行不稳定。今日这篇不搞虚的, 直接以双面板高速接口案例拆卸分析, 重中之重是怎样将理论参数落实到软件设置之中的情况。

AD设计案例中阻抗匹配怎么算

针对高速信号线, 像 USB 或者 HDMI 这类而言, 阻抗控制属于核心要点。在 AD 这个软件里, 你得借助 Stackup Manager 去定义层叠结构。把 Design 这一档点开然后找到 Layer Stack Manager , 此处是极易出现错误的站点。好多人直接照搬别人的预设, 结果呈现出板材厚度不合规, 算出来的阻抗偏差幅度极大。正确的举措是依据你所挑选的 PCB 厂家给出的 CCL 材质数据表, 手动录入介电常数（Dk）以及损耗因子（Df）。

对FR – 4板材而言, Dk值建议设定成4.2至4.3, 这属于行业通用标准, 可平衡成本与性能。要是你的设计对高频的要求极度之高, 或许就得更换高频板材, 只是成本定会翻倍。在Width进行设置的当儿, 别凭借感觉去拉设线宽, 得运用Differential Pair Routing功能, 输入目标阻抗（像90Ω或者100Ω）, 软件就会自行计算线宽与间距。

【新手避坑】

普通的报错状况呈现为, DRC 报告给出有关“Impedance Mismatch”的提示, 或者仿真得出的结果里 VSWR 过度大。

核心导致出错的缘由为: 没有正确地将板材介电常数导入进来, 又或者线宽与间距和Stackup里的参考层距离不相匹配。

处理办法: 迅速重新核查 Stackup里的 Dielectric Thickness, 要保证其跟自己实际所采购的板材厚度相符, 像0.2mm呀, 还有0.1mm这类, 并且于Route -> Interactive Routing当中, 用右键点击网络后, 挑选Set Impedance来做校准。

AD设计案例布局布线的关键细节

布局对布线的难易程度起到了决定作用, 还直接将 EMC 性能予以影响。在放置元器件之际, 务必要遵循“模拟地”跟“数字地”呈现分离态势的原则, 不过在单点接地之处要处置得恰到好处。针对电源部分而言, 去耦电容得尽可能朝着芯片引脚趋近之时放置, 走线应当越短越佳。

在此处给出两种方案以供对比: 倘若身为小尺寸板子, 便建议采用 2 层板去做 顶层信号 底层为完整地平面 那种方式；要是属于复杂系统, 那便一定要运用4 层板 加入内电层当作电源以及地平面。这两种方案的选取逻辑在于 2 层板成本低廉然而抗干扰能力欠佳 适宜用于低频简单电路 4 层板成本较高可是信号完整性颇佳 适合高速数字电路。对于多数入门级高速设计 推荐优先选用 4 层板结构 因为内电层的屏蔽功效能够极大程度低下辐射噪声。

【新手避坑】

常出现的报错状况是: 印刷电路板打样完毕后, 系统稳固特性欠缺, 重启频次较为高, 或者通信误码的比率偏大。

重点出错缘由是, 去耦电容处于的位置太过遥远, 回路所占据的面积过于庞大, 进而形成了天线效应。

办法快速解决: 去检查所有IC电源引脚周边的电容, 要确保其接地走线径直连接到最近的地过孔, 防止经过别的器件。与此同时, 去检查地平面是不是存在断裂, 保证回流路径连贯。

AD设计案例常见报错一站式解决

于实际操作期间, 最为头疼的便是DRC报错满屏皆红, 然而却不清楚该改何处。有一个高频完整报错是这般内容: “Net ‘VCC_3V3’ 不存在电源平面连接”。这一般是由于在原理图方面, 你并未将电源网络正确分摊至对应的铜皮层。

首先, 针对解决这个错误, 需检查 PCB 编辑器内 Keep-Out 层有没有覆盖电源铺铜区域, 其次, 要确认 Power Plane 的连接方式是不是正确, 推荐运用 Thermal Relief（散热焊盘）连接, 而非直接相连, 如此能够避免焊接时热量散失过快致使虚焊, 要是仍然报错, 尝试清除所有 DRC 缓存, 重新运行 Check Design Rules。

【新手避坑】

常见报错现象：铺铜失败，或者铺铜后出现大量孤岛铜皮。

核心产生错误的根本缘由在于, 没有去设定Proper Connection规则, 又或者是板框的范围之内存在着孤立的导电区域。

一种能迅速达成的解决模式: 于设计板块当中进入规则选项, 又在规则选项里找到电气类别下的短路范畴内去查看是不是存在抵触状况, 且于电路板形状设置方面务必要保证全部导电范畴都与之和地或者电源网络实施联络, 以此来铲除孤岛标点。

存在这样一种状况, 即这种方法并不适用于超高频毫米波电路这个范畴, 同时也不适用于极多层板, 这里所说的极多层板明确是指8层以上的那种, 针对此类情形, 是需要借助像HFSS这样的专业仿真工具来开展联合仿真的。针对这些处于极端状态的场景而言, 有着这样一种建议, 那就是先着手进行信号预仿真, 之后再进入到AD布局布线环节, 以此来达到节省试错成本的目的。