差分对布线的关键设计考虑因素
走线间距和耦合
差分对走线之间的间距决定了耦合强度和差分阻抗特性。广为接受的 3W 规则建议差分对与相邻信号之间的最小间距应为走线宽度的三倍,以最大程度地减少串扰。然而,在差分对内部,紧密耦合是必要的,以确保平衡的传播和增强的共模噪声抑制。
线对内间距通常在 0.1 毫米至 0.2 毫米之间,具体取决于目标差分阻抗和叠层约束。间距越小,耦合效果越好,但可能带来制造挑战;而间距过大,耦合效果会降低,并更容易受到外部干扰。
阻抗控制
差分阻抗控制需要精确管理走线几何形状、叠层设计和 高速PCB材料 选择。目标差分阻抗通常在85Ω至100Ω之间,其中90Ω是许多高速接口的标准。差分阻抗的计算涉及走线宽度、间距、电介质厚度以及基板材料的相对介电常数。
现代 高速PCB中的阻抗控制 需要仔细规划叠层结构,控制介电厚度和选择合适的材料。低损耗介电材料在整个频率范围内具有稳定的介电常数,对于在整个信号带宽内保持一致的阻抗特性至关重要。
长度匹配
长度匹配可确保差分信号对的时间对齐,从而防止因偏移引起的信号衰减。可接受的长度失配容差取决于信号上升时间和系统时序预算,通常范围从±5 mil(适用于要求较高的高速设计)到±10 mil(适用于要求相对较低的应用)。
精确的长度匹配需要策略性的布线技术,包括蛇形调谐部分,最好远离敏感的模拟电路,以最大限度地减少串扰。调谐部分应保持差分阻抗特性,同时实现所需的长度调整。
差分对中的过孔使用
过孔会引入阻抗不连续性和寄生效应,从而降低差分对布线中的信号完整性。每个过孔都会产生电容负载和电感寄生元件,影响信号传播和阻抗匹配。通过策略性层规划来最大限度地减少过孔数量,并在必要时使用盲孔或埋孔,有助于保持信号完整性。
当通孔不可避免时,实施通孔缝合技术并保持差分对中两条走线的对称通孔放置有助于保持信号平衡并减少差分和共模之间的模式转换。