介绍高速电路设计的几个热门知识点

geren2014

  这一期和大家聊一聊高速电路设计中常见的几个设计观点，当然，对于这一部分可能会有一些工程师有不一样的观点，毕竟每一个人的理解都也不太一样，这也是就本人做过的或者了解到一些其他比较优秀公司的经验和设计习惯做这次分享。主要是总结高速线布线的一些情况。

1、关于松耦合还是紧耦合。只要了解高速电路的工程师都知道，差分线有紧耦合和松耦合之分，很多工程师在此都会纠结。一般SI工程师都会说这要看情况，我也会这么讲。但是从很多产品经验来看，对于差分走线，尽可能使用紧耦合会比较好。但是也有例外的情况，如果整个链路的布线有比较长一段距离无法达到紧耦合的话，这时就最好使用松耦合。图1显示了一对高速差分走线，采用了松耦合。由于最小间隔距离要求(受到SMA连接器的结构限制)，在器件下无法采用紧耦合。如果内层采用紧耦合，信号会从紧耦合瞬变成松耦合，这会引起阻抗不连续。

图1. 松耦合和地参考实例

2、关于使用微带线还是带状线。通常，PCB布线分为微带线和带状线。很多资料都在讨论高速信号到底是使用微带线还是带状线，个人认为，布线在哪一层都是可以的，根据需要，如果布线长度较长，那么建议布线在内层（带状线）比较好（损耗和串扰都非常有优势），当然，内层会使信号换层，增加via。带状线还有将信号与其他噪声源相屏蔽的优势。

3、关于布线为圆弧角。现在设计工程师经常流传说高速信号线在设计时，都要使用圆角布线，其实不一定，我们之前做过很多实验，对于不超过10Gbps的信号设计，45°角布线完全可以满足设计要求（SI/EMC），当然，建议不要使用90°拐角，这会带来阻抗不连续性。当然，要是你还是不相信，那么你就去绕圆弧线吧。

4、关于跨分割。大家在学习高速电路设计的时候，不要让高速信号跨过平面分割层。当然，谁又不想有一个完整的平面，但是，当你遇到HDI板的时候，就会遇到不得不跨分割的情况，那么，请大胆的跨吧。记得让布线尽快的跨过gap区域（如图2），切忌在gap上绕线（如图3）；如果可以，请就近加一颗合适的电容（猜一猜为什么要一个电容？）。（记住，这是在逼不得已的情况再跨，切记不要胡乱的来回跨，毕竟跨分割会增加返回通路，导致布线电感增加，阻抗变化，进而影响信号完整性）

图2 跨分割平面

图3 多次跨平面布线

5、关于高速信号via的非功能焊盘（NFP）。在上一期的文章中，我们提到了非功能焊盘需要去掉（有的工程师在问，什么是非功能焊盘，简单来讲，就是不起任何作用的via焊盘）。虽然，现在很多比较好的PCB工厂在生产时，会自行去掉没使用的非功能焊盘，但是还是建议在设计的时候，就去掉，毕竟板厂都是良莠不齐的，要是你换一个板厂，人家没有给你去掉，到时候你哭都来不及啦。

图4.非功能焊盘

6、关于高速电路的via stub。对于高速电路，如果信号走线必须要通过过孔，那么在对其进行布线时，就需要注意via stub，尽量减小via stub的长度。这就需要设计工程师规划好，高速线尽量布在靠近bottom层。如果确实留有stub，也可以考虑使用back drill技术，钻掉多余的stub（当然，这就会增加产品的成本）。

图5. Stub示意图（白色部分以上到相邻引线之间的为stub）

7、关于“泪滴”。泪滴的使用，不仅存在于高速电路PCB中，在一般的PCB设计中也经常使用。这个不仅仅对信号有好处（主要是让阻抗渐变），对PCB生产也有帮助，免得出现“断脖子”情况。PCB布线从宽引脚和走线连接至窄引脚或者走线时，使用“泪滴”模式以减小阻抗不连续性。例如，当设计工程师在设计连接SMA连接器和走线时，使用“泪滴”。

图6.SMA“泪滴”