阻抗控制、差分走线的设置

高速电路设计中_走线的等长、关键信号的阻抗控制、差分

走线的设置_

发布时间: 2012-11-23 15:30:34 来源: EDA中国

本文首先简述了高性能ARM9微处理器EP9315集成的外设接口及硬件结构框架，提出了当前高速电路设计中的问题；然后，详细介绍了利用Allegro实现嵌入式系统中SDRAM和IDE总线接口的电路设计；最后以Cirrus Logic公司的CS8952为例，阐述了物理层接口芯片的布线准则及其在Allegro中的实现。关键词：嵌入式系统；Allegro；等长；差分对；阻抗控制

引言

随着嵌入式微处理器主频的不断提高，信号的传输处理速度越来越快，当系统时钟频率达到100MHZ以上,传统的电路设计方法和软件已无法满足高速电路设计的要求。在高速电路设计中，走线的等长、关键信号的阻抗控制、差分走线的设置等越来越重要。笔者所在的武汉华中科技大学与武汉中科院岩土力学所智能仪器室合作，以ARM9微处理器EP9315为核心的嵌入式系统完成工程检测仪的开发。其中在该嵌入式系统硬件电路设计中的SDRAM 和IDE等长走线、关键信号的阻抗控制和差分走线是本文的重点,同时以cirrus logic公司的网络物理层接口芯片cs8952为例详细介绍了网络部分的硬件电路设计，为同类高速硬件电路设计提供了一种可借鉴的方法。

2 硬件平台

2.1 主要芯片

本设计采用的嵌入式微处理器是Cirrus Logic公司2004年7月推出的EP93XX系列中的高端产品EP9315。该微处理器是高度集成的片上系统处理器，拥有200兆赫工作频率的ARM920T内核，它具有ARM920T内核所有的优异性能,其中丰富的集成外设接口包括PCMCIA、接口图形加速器、可接两组设备的EIDE、1/10/100Mbps以太网MAC、3个

2.0全速HOST USB、专用SDRAM通道的LCD接口、触摸屏接口、SPI串行外设接口、AC97接口、6通道I2S接口和8*8键盘扫描接口，并且支持4组32位SDRAM的无缝连接等。

主芯片丰富的外设接口大大简化了系统硬件电路，除了网络控制部分配合使用CirrusLogic 公司的100Base-X/10Base-T物理层（PHY）接口芯片CS8952外，其他功能模块无需增加额外的控制芯片。

2.2 系统主体结构

由图2可见，系统以微处理器EP9315为核心，具有完备的外设接口功能，同时控制工程检测仪。IDE/CF卡接口为工程检测数据提供大容量移动存储设备；扩展32M的SDRAM 作为外部数据存储空间；3个主动USB接口支持USB键盘鼠标；LCD接口支持STN/TFT 液晶和触摸屏，为用户提供友好的交互界面；1/10/100 Mbps以太网为调试操作系统时下载内核及工程检测时远程监控提供途径；面板按键为工程人员野外作业无法使用键盘鼠标时提供人机交互接口。

EP9315在操作系统下主频达到200M,总线频率100M,外设时钟为50M,数据线和地址线的布线密度大，速度高，网络部分对差分线和微带线控制有特殊要求，以往使用Protel设计主要依照经验进行PCB布局布线，显然这种方法无法满足当前的高速电路设计。CADENCE 公司作为EDA领域最大的公司之一，其PCB设计工具性能上的优势在高速电路设计中越来越明显，故笔者使用CADENCE公司的PCB设计布局软件Allegro完成高速电路设计。3设计实现

3.1 SDRAM的布线规则

该嵌入式系统使用64M字节的SDRAM扩展数据存储区，由两片K4S561632组成工作在32位模式下，最高频率可达100M以上，对于SDRAM的数据线、时钟线、片选及其它控制信号需要进行线长匹配，由此提出以下布线要求：

1． SDRAM时钟信号：时钟信号频率较高，为避免传输线效应，按照工作频率达到或超过75MHz时布线长度应在1000mil以内的原则及为避免与相邻信号产生串扰，走线长度不超过1000mil，线宽10mil，内部间距5mil，外部间距30mil，要求差分布线，精确匹配差分对走线，误差允许在20mil以内。

2．地址、片选及其它控制信号：线宽5mil，外部间距12mil，内部间距10mil，尽量走成菊花链拓补，可有效控制高次谐波干扰，可比时钟线长，但不能短。

3．SDRAM数据线：线宽5mil，内部间距5mil，外部间距8mil，尽量在同一层布线，数据线与时钟线的线长差控制在50mil内。

根据布线要求，在Allegro中设置不同的约束：

针对线宽设置3个约束SDRAM_CLK,SDRAM_ADDDR,SDRAM_DATA,设置完约束后将约束添加到对应的net上，使得各个net都具有线宽、线距约束属性，最后为不同的信号组选择合适的约束即可。但是设置的约束在系统CPU内部是无法达到的，因为EP9315为BGA 封装，pin间距1.27毫米,显然在CPU内部，线宽线距无法达到上述要求，利用Allegro 设置CPU特殊走线区域cpu_area，并加上area属性，在此区域中另设置适合BGA内部走线的约束。

3.2 Xnet在IDE总线等长布线中的应用

3.2.1 系统中的IDE接口设计

EP9315强大的外设接口能力能够直接驱动IDE硬盘，布线时需要注意IDE总线的等长设置，但是IDE总线这类高速线需要端接匹配，可以防止信号反射和回流。如图3所示其

中的排阻起到了端接匹配的作用，但使得整个走线被分为好几个NET，而Allegro中常用的走线长度设置propagation_delay和relative_propagation_delay只能针对同一NET 设置，IDE总线信号由EP9315扇出，要求EP9315到IDE接口走线DD*＋UBDD*(如图3中NET)等长，误差为+/-20mil，最简单的方法是分别设置DD*等长和UBDD*等长，误差各位+/－10mil，就可以达到要求，但是增加了布线难度，特别当DD*有较大绕线空间，而UBDD*没有足够绕线空间时，这样设置等长不可行，Allegro提供了一种方法，将DD*和UBDD*走线相加再进行等长比对，这就要用到Xnet。

3.2.2 Xnet概念和Xnet等长设置

通常把连续的几断由无源元件（电阻，电容或电感）连接的NET合称为Xnet，如图4所示。

图3中将DD*和UBDD*设置为同一个Xnet，对属于该Xnet的所有信号等长控制。Xnet 等长设置分为以下步骤：

1．设置Xnet

选择要设置Xnet的器件（图3中为排阻RA1-RA4）,创建ESpiceDevice model ,Allegro 将自动填入模型名称,电路类型――Resistor, PIN连接顺序：1，8，2，7，3，6，4，5，表示1和8是一个电阻（见图3）。至此，查看排阻两边NET都添加了同一Xnet属性。2．Xnet的等长设置

（1）建立Xnet的pin pair：在Allegro中打开constraintmanager，选择

relative_propagation_delay属性，已设置的Xnet自动显示，选择Xnet建立pinpair，Allegro提供整个项目中Xnet关联的起始pin和结束pin ，选择需要等长设置的起始pin 和结束pin。

（2）建立等长group：选中所有需要设置等长的pin pair，创建名为R_IDE_DATA的MATCH GROUP,在与relative_propagation_delay对应的工作窗体选择区中出现了刚创建的R_IDE_DATA,其内含建立的pin pair，按照IDE总线走线等长要求设置走线误差10mil 以内，一般选择最长走线为基准线（target）。

（3）走线完成后，重新打开constrait manager对实际走线进行分析，Allergo自动显示分析结果，绿色表示走线以基准线为标准，走线误差在10mil以内，红色表示走线误差超过10mil，如果分析结果，大部分走线都为红色，可以适当调整基准线的选择。

此外，Allegro在等长走线时，会实时显示走线长度是否在误差范围内，可以使用蛇型线调整走线长度，这些都极大的确保了布线可靠性。

3.3差分线和阻抗控制在网络布线中的应用

3.2.1 物理层接口芯片CS8952布线准则

CS8952使用CMOS技术，提供一个高性能的100Base-X/10Base-T物理层（PHY）线路接口。它使自适应均衡器达到最优化的抗扰性和抗近端串扰（NEXT）性，可将接收器的应用扩展至超过160米的电缆，它结合了一个标准介质无关端口（MII），可简便地连接微处理器EP9315的介质访问控制器（MAC）。

以下一些PCB布线规则，将使得CS8952工作更加稳定并得到良好的EMC性能：

1．使用多层电路板，至少有一个电源层，一个地层，叠层设置为：top,gnd,vcc,bottom。使用底层pcb走信号线只作为第二选择。把所有的元件都放在顶层。然而，旁路电容优选越靠近芯片越好，最好放置在CS8952下方的底层pcb上。RJ45终端元件和光纤元件可以选择放在底层。

2 . 4.99k的参考电阻应该越靠近RES管脚越好，把电阻另外一端使用一个过孔接到地平面。邻近的VSS（85和87脚）

接在电阻接地端，形成一个屏蔽。

3．对关键信号TX＋/-,RX+/-,RX_NRZ+/-控制阻抗，作为微带传输线（差分对100欧，单线60欧），MII信号作为68欧微带传输线。

4．差分传输线布线应靠近（线宽间距6－8mil），与其他走线、元件保证2个线宽的距离，TX和RX差分对布线远离彼此，必要时使用pcb的相对面。

3.2.2 网络部分关键信号差分走线和阻抗控制的设置

网络部分差分线及其阻抗控制以信号TX+/-为例，步骤如下：

1．在Allegro的assign diff pair菜单中选择建立差分对的信号TX+/-,命名为TX_Pair。2．按照对信号TX+/-阻抗控制要求计算差分对线宽、线距，如图5所示，选择走线层面top层，填入差分对阻抗100欧，单线阻抗60欧，得到线宽10.1mil，主要线间距8.1mil。主要线宽/线间距：10mil/8mil；次要线宽/线间距：10mil/8mi；线最小间距：6mil；两条线无法走到一起时允许的线长：100mil；两条线可允许的误差值：25mil。

4．分配差分对TX_PAIR到电气约束集，打开差分对DRC模式。

以上实现差分对走线和阻抗控制的方法在涉及到大量差分对的通信系统电路中非常简单实用。

4结语

笔者利用强大的PCB设计软件Allegro实现了基于EP9315嵌入式系统的硬件电路设计。该板采用6层PCB布线，完全满足高速电路设计中对等长、差分、阻抗控制的要求。基于该电路设计的嵌入式系统与武汉中科院岩土力学所设计的SY5声波工程检测仪实现了良好接口，与由51单片机搭建的原SY5声波仪相比,该系统功耗降低,体积变小,稳定性增强,成本降低,更适合工业控制中的运用。

PCB阻抗值因素与计算方法

PCB阻抗设计及计算简介

特性阻抗的定义 ?何谓特性阻抗（Characteristic Impedance ，Z0） ?电子设备传输信号线中，其高频信号在传输线中传播时所遇到的阻力称之为特性阻抗;包括阻抗、容抗、感抗等，已不再只是简单直流电的“欧姆电阻”。 ?阻抗在显示电子电路，元件和元件材料的特色上是最重要的参数.阻抗(Z)一般定义为：一装置或电路在提供某特定频率的交流电(AC)时所遭遇的总阻力. ?简单的说，在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。

设计阻抗的目的 ?随着信号传送速度迅猛的提高和高频电路的广泛应用，对印刷电路板也提出了更高的要求。印刷电路板提供的电路性能必须能够使信号在传输过程中不发生反射现象，信号保持完整，降低传输损耗，起到匹配阻抗的作用，这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。?阻抗匹配在高频设计中是很重要的，阻抗匹配与否关系到信号的质量优劣。而阻抗匹配的目的主要在于传输线上所有高频的微波信号皆能到达负载点，不会有信号反射回源点。

?因此，在有高频信号传输的PCB板中，特性阻抗的控制是尤为重要的。 ?当选定板材类型和完成高频线路或高速数字线路的PCB 设计之后，则特性阻抗值已确定，但是真正要做到预计的特性阻抗或实际控制在预计的特性阻抗值的围，只有通过PCB生产加工过程的管理与控制才能达到。

?从PCB制造的角度来讲，影响阻抗和关键因素主要有： –线宽（w） –线距（s）、 –线厚（t）、 –介质厚度（h） –介质常数（Dk） εr相对电容率(原俗称Dk介质常数)，白容生对此有研究和专门诠释。 注：其实阻焊也对阻抗有影响，只是由于阻焊层贴在介质上，导致介电常数增大，将此归于介电常数的影响，阻抗值会相 应减少4%

SI9000各阻抗计算说明

阻抗培训 1.外层单端:Coated Microstrip 1B H1:介质厚度(PP片或者板材,不包括铜厚) Er1:PP片的介电常数(板材为:4.5 P片4.2) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) T1:成品铜厚 C1:基材的绿油厚度(我司按0.8MIL) C2:铜皮或走线上的绿油厚度(0.5MIL) Cer:绿油的介电常数(我司按3.3MIL) Zo:由上面的参数计算出来的理论阻值

2.外层差分:Edge-Coupled Coated Microstrip 1B H1:介质厚度(PP片或者板材,不包括铜厚) Er1:PP片的介电常数(板材为:4.5 P片4.2) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) S1:阻抗线间距(客户原稿) T1:成品铜厚 C1:基材的绿油厚度(我司按0.8MIL) C2:铜皮或走线上的绿油厚度(0.5MIL) C3:基材上面的绿油厚度(0.50MIL) Cer:绿油的介电常数(我司按3.3MIL)

3.内层单端:Offset Stripline 1B1A H1:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er1:H1厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) H2:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er2:H2厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) T1:成品铜厚 Zo:由上面的参数计算出来的理论阻值

4.内层差分:Edge-Couled Offset Stripline 1B1A H1:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er1:H1厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) H2:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er2:H2厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) S1:客户要求的线距 T1:成品铜厚 Zo:由上面的参数计算出来的理论阻值

PCB的阻抗设计

PCB的阻抗设计 1、阻抗的定义: 在某一频率下，电子器件传输信号线中，相对某一参考层，其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗，它是电阻抗，电感抗，电容抗……的一个矢量总和。 当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线，一般信号传输线均需做阻抗控制。PCB制作时，依客户要求决定是否需管控阻抗，若客户要求某一线宽需做阻抗控制，生产时则需管控该线宽的阻抗。 当信号在PCB上传输时，PCB板的特性阻抗必须与头尾元件的电子阻抗相匹配，一但阻抗值超出公差，所传出的信号能量将出现反射、散射、衰减或延误等现象，从而导致信号不完整、信号失真。 2、计算阻抗的工具： 目前大部分人都用Polar软件：Polar Si8000、Si9000等。 常用的软件阻抗模型主要有三种: （1）特性阻抗，也叫单端阻抗；（2）差分阻抗，也叫差动阻抗；（3）共面阻抗，也叫共面波导阻抗，主要应用于双面板阻抗设计当中。

选择共面阻抗设计的原因是：双面板板厚决定了阻抗线距离，下面的参考面比较远，信号非常弱，必须选择距离较近的参考面，于是就产生了共面阻抗的设计。 3、安装软件Polar Si9000，然后打开Polar Si9000软件。熟悉一下常用的几个阻抗模型： （1）下图是外层特性阻抗模型（也叫单端阻抗模型）：

（2）下图是外层差分阻抗模型： （3）内层差分阻抗模型常用以下三种：

下面是共面的常用模型： （4）下图是外层共面单端阻抗模型： （5）下图是外层共面差分阻抗模型：

4、怎样来计算阻抗？ 各种PP及其组合的厚度，介电常数详见PP规格表，铜厚规则按下图的要求。

Allegro差分线走线规则

SOFER TECHNICAL FILE Allegro 15.x 差分线布线规则设置 Doc Scope : Cadence Allegro 15.x Doc Number : SFTCA06001 Author :SOFER Create Date :2005-5-30 Rev : 1.00

Allegro 15.x差分线布线规则设置 文档内容介绍： 1.文档背景 (3) 2.Differential Pair信号介绍 (3) 3.如何在Allegro中定义Differential Pair属性 (4) 4.怎样设定Differential Pair在不同层面控制不同线宽与间距 (8) 5.怎样设定Differential Pair对与对之间的间距 (11)

1.文档背景 a)差分信号（Differential Signal）在高速电路设计中的应用越来越广泛，差分线 大多为电路中最关键的信号，差分线布线的好坏直接影响到PCB板子信号质量。 b)差分线一般都需要做阻抗控制，特别是要在多层板中做的各层的差分走线阻抗都 一样，这个一点要在设计时计算控制，否则仅让PCB板厂进行调整是非常麻烦的 事情，很多情况板厂都没有办法调整到所需的阻抗。 c)Allegro版本升级为15.x后，差分线的规则设定与之前版本有很大的改变。虽然 Allegro15.0版本已经发布很长时间了，但是还是有很多人对新版本的差分线规 则设置不是很清楚。 2.Differential Pair信号介绍 差分信号（Differential Signal）在高速电路设计中的应用越来越广泛，电路中最关 键的信号往往都要采用差分结构设计，什么另它这么倍受青睐呢？在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢？带着这两个问题，我们进行下一部分的讨论。何为差分信号？通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值 来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。 差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面： a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎 是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可 以被完全抵消。 b.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场 可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。 c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端 信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差， 同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。 …… 由于篇幅问题，这里对差分信号不做深入介绍了。

PCB阻抗计算方法

阻抗计算说明 Rev0.0 heroedit@https://www.wendangku.net/doc/c216479174.html, z给初学者的 一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义 z传输线阻抗的由来以及意义 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得 推出通解

定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) ε μ=EH Z 特性阻抗与波阻抗之间关系可从 此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. z 叠层(stackup)的定义 我们来看如下一种stackup,主板常用的8层板(4层power/ground 以及4层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为 L1,L4,L5,L8 下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司 )=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz, 对

阻抗控制设计归类

阻抗控制设计 1.常见的单端(线)阻抗计算模式 1）Surface Micro strip：外层阻焊前阻抗计算(外层到VCC/GND) 2）Coated Microstrip：外层阻焊后阻抗计算(外层到VCC/GND) 3)Embedded Microstrip：与外层相邻的第二个线路层阻抗计算（例如一个6层板,L1、L2均为线路层,L3为GND或VCC层,则L2层的阻抗用此方式计算.） 4)Offset stripling：两个VCC/GND夹一个线路层之阻抗计算 5)Offset stripline：两个VCC/GND夹两个线路层之阻抗计算; 例如一个6层板，L2,L5层为GND/VCC，L3,L4层为线路层需控制阻抗. 2.常见的差分(动)阻抗计算模式： 1)Edge-coupled Surface Microstrip:外层阻焊前差动阻抗计算(外层到VCC/GND) 2)Edge-coupled Coated Microstrip:外层阻焊后差动阻抗计算(外层到VCC/GND) 3)Edge-coupled Embedded Microstrip:与外层相邻的第二个线路层差动阻抗计算(外层，阻抗层，VCC/GND) 4）Edge-coupled Offset stripline：两个VCC/GND夹一个线路层之阻抗计算 5）Edge-coupled Offset stripline：两个VCC/GND夹两个线路层之阻抗计算:例如一个6层板,L2、L5层为GND/VCC,L3、L4层为线路层需控制阻抗 6）Edge-coupled Offset stripline：两个VCC/GND夹两个线路层之阻抗计算:例如一个6层板,L2、L5层为GND/VCC,L3、L4层为线路层需控制阻抗（含线间填充树脂） 3.常见的共面阻抗计算模式： 1）Surface coplanar waveguide：外层蚀刻后单线共面阻抗，参考层与阻抗线在同一层面，即阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面。而次外层（innerlayer2）为线路层，非GND/VCC（即非参考层）。 2）Coated coplanar strips：：阻焊后单线共面阻抗，参考层与阻抗线在同一层面，即阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面。而次外层（innerlayer2）为线路层，非GND/VCC（即非参考层）。 3）Surface coplanar waveguide with ground：外层蚀刻后单线共面阻抗，参考层为同 一层面的GND/VCC和次外层GND/VCC层。（阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面）。 4）Coated coplanar waveguide with grond：阻焊后单线共面阻抗，参考层为同一层面 的GND/VCC和次外层GND/VCC层。（阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面）。 5）Embedded coplanar waveguide：内层单线共面阻抗，参考层为同一层面的GND/VCC（阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面）。而与其邻近层为线路层，非GND/VCC。6）Embedded coplanar waveguide with ground：内层单线共面阻抗,参考层为同一层面的GND/VCC及与其邻近GND/VCC层。（阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面）。 7）Offset coplanar waveguide：内层单线共面阻抗,参考层为同一层面的GND/VCC及与其

PCBLayout中的直角走线、差分走线和蛇形线

布线（Layout）是PCB设计工程师最基本的工作技能之一。走线的好坏将直接影响到整个系统的性能，大多数高速的设计理论也要最终经过Layout 得以实现并验证，由此可见，布线在高速PCB 设计中是至关重要的。下面将针对实际布线中可能遇到的一些情况，分析其合理性，并给出一些比较优化的走线策略。 主要从直角走线，差分走线，蛇形线等三个方面来阐述。 1．直角走线 直角走线一般是PCB布线中要求尽量避免的情况，也几乎成为衡量布线好坏的标准之一，那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢？从原理上说，直角走线会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续。其实不光是直角走线，顿角，锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况。 直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面： 一是拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间； 二是阻抗不连续会造成信号的反射； 三是直角尖端产生的EMI。 传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算： C=61W(Er)[size=1]1/2[/size]/Z0 在上式中，C 就是指拐角的等效电容（单位：pF），W指走线的宽度（单位：inch），εr 指介质的介电常数，Z0就是传输线的特征阻抗。举个例子，对于一个4Mils的50欧姆传输线（εr为4.3）来说，一个直角带来的电容量大概为0.0101pF，进而可以估算由此引起的上升时间变化量： T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps 通过计算可以看出，直角走线带来的电容效应是极其微小的。 由于直角走线的线宽增加，该处的阻抗将减小，于是会产生一定的信号反射现象，我们可以根据传输线章节中提到的阻抗计算公式来算出线宽增加后的等效阻抗，然后根据经验公式计算反射系数： ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0) 一般直角走线导致的阻抗变化在7%-20%之间，因而反射系数最大为0.1左右。而且，从下图可以看到，在W/2线长的时间内传输线阻抗变化到最小，再经过W/2时间又恢复到

特性阻抗计算公式推导过程

特性阻抗计算公式推导过程 王国海 以下内容供参考。 1．传输线模型 2 符号说明 R L G C 分布式电阻电感电导电容 3 计算过程 (1) u(△z)-u=-R*?z*i-L*△z*?i ?t i(△z)- i=-G*△z*u(△z)?c?△z??u (2) ?t (1)(2) 两边同除以△z，得到电报公式

?u ?z +Ri+L ?i ?t =0 (3) ?i ?z +Gu+C ?u ?t =0 (4) u(z,t)=U(z)e jωt (5) i(z,t)=I(z)e jωt (6) 由（5）（6） 计算得道下列公式 ?u(z,t)?z =dU(z)dz e jωt （7） ?u(z,t)?t =U(z) e jωt jω （8） ?i(z,t)?z =dI(z)dz e jωt （9） ?i(z,t)?t =I(z) e jωt jω （10） 将（7）（8） （9） （10） 代入公式（3） dU(z)dz e jωt +Ri+L I(z) e jωt jω=0，i 用公式（6）代入， dU(z)dz e jωt +R I(z)e jωt +L I(z) e jωt jω=0 化简得到： dU(z)dz =-（R+ jωL)I(z) (11) 同理7）（8） （9） （10）代入（4）可得 dI(z)dz =-（G+ jωC)U(z) (12) 由（11）（12） 得到 dU(z)dI(z)=（R+ jωL)I(z) （G+ jωC)U(z) (13) 交叉相乘， （G + jωC)U(z) dU(z)= （R + jωL)I(z)dI(z) 两边积分， ∫（G + jωC)U(z) dU(z)=∫（R + jωL)I(z)dI(z) 12（G + jωC)U(z)2=12（R + jωL)I(z)2 U(z)2I(z)2=（R+ jωL)(G+ jωC) 两边开根号 Z=U/I=√（R+ jωL)(G+ jωC) 假定R=0，G=0 （无损）得到特性阻抗近似公式 Z=√L C

差分信号线的原理和优缺点分析

差分信号线的原理和优缺点分析 随着近几年对速率的要求快速提高，新的总线协议不断的提出更高的速率。传统的总线协议已经不能够满足要求了。串行总线由于更好的抗干扰性，和更少的信号线，更高的速率获得了众多设计者的青睐。而串行总线又尤以差分信号的方式为最多。所以在这篇中整理了些有关差分信号线的设计和大家探讨下。 1.差分信号线的原理和优缺点 差分信号（Differential Signal）在高速电路设计中的应用越来越广泛，电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计，什么另它这么倍受青睐呢？在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢？带着这两个问题，我们进行下一部分的讨论。何为差分信号？通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。 差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面： a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。 b. 能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，如图在A-A‘的电流是从右到左，那B-B‘的是从左到右，那么按右手螺旋定则，那他们的磁力线是互相抵消的。耦合的越紧密，互相抵消的磁力线就越多。泄放到外界的电磁能量越少。 c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differenTIal signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。 2.差分信号的一个实例：LVDS

PCB线路板阻抗计算公式

PCB线路板阻抗计算公式 现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种，相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值，今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。 在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义： 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得

推出通解 定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0 得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) 特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. 叠层(stackup)的定义

我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8 下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下 介电常数(DK)的概念 电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数：ε = Cx/Co = ε'-ε" Prepreg/Core 的概念 pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.

PCB阻抗设计与阻抗设计软件Polar的使用

ＰＣＢ阻抗设计与阻抗设计软件Ｐolａｒ的使用 随着 PCB 信号切换速度不断增长，当今的 PCB 设计厂商需要理解和控制 PCB 迹线的阻抗。相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简单的连接，而是传输线。 在实际情况中，需要在数字边际速度高于1ns 或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。这就涉及到两个概念：阻抗控制与阻抗匹配，本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。 阻抗控制 阻抗控制(eImpedance Controling)，线路板中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真。故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为―阻抗控制‖。 PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。 在实际情况下，PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。迹线和板层构成了控制阻抗。PCB 将常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。但是，无论使用什么方式，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定： ●信号迹线的宽度和厚度 　 ●迹线两侧的内核或预填材质的高度 　 ●迹线和板层的配置 ●内核和预填材质的绝缘常数 PCB传输线主要有两种形式：微带线（Microstrip）与带状线（Stripline）。 微带线（Microstrip）： 微带线是一根带状导线，指只有一边存在参考平面的传输线，顶部和侧边都曝置于空气中（也可上敷涂覆层），位于绝缘常数 Er 线路板的表面之上，以电源或接地层为参考。如下图所示： 注意：在实际的PCB制造中，板厂通常会在PCB板的表面涂覆一层绿油，因此在实际的阻抗计算中，通常对于表面微带线采用下图所示的模型进行计算：

阻抗计算公式、polarsi9000(教程)

一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义。 传输线阻抗的由来以及意义 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得 推出通解

定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0 得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) 特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. 叠层(stackup)的定义 我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线 层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8

下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司 )=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下 介电常数(DK)的概念 电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数： ε = Cx/Co = ε'-ε" Prepreg/Core 的概念 pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有. 传输线特性阻抗的计算 首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,

PCB阻抗计算

阻抗线计算 一.传输线类型 1 最通用的传输线类型为微带线(microstrip)和带状线(stripline) 微带线(microstrip)：指在PCB外层的线和只有一个参考平面的线，有非嵌入/嵌入两种如图所示：（图1） 非嵌入(我们目前常用) （图2） 嵌入(我们目前几乎没有用过) 带状线：在绝缘层的中间，有两个参考平面。如下图： （图3） 2 阻抗线 2.1差动阻抗（图4）

差动阻抗,如上所示,阻抗值一般为90,100,110,120 2.2特性阻抗（图5） 特性阻抗: 如上如所示,.阻抗值一般为50 ohm,60ohm 二.PCB叠层结构 1板层、PCB材质选择 PCB是一种层叠结构。主要是由铜箔与绝缘材料叠压而成。附图为我们常用的1+6+1结构的，8层PCB叠层结构。（图6） 首先第一层为阻焊层（俗称绿油）。它的主要作用是在PCB表面形成一层保护膜，防止导体上不该上锡的区域沾锡。同时还能起到防止导体之间因潮气、化学品等引起的短路、生产

和装配中不良操作造成的断路、防止线路与其他金属部件短路、绝缘及抵抗各种恶劣环境，保证PCB工作稳定可靠。 防焊的种类有传统环氧树脂IR烘烤型,UV硬化型, 液态感光型(LPISM-Liquid Photo Imagable Solder Mask)等型油墨, 以及干膜防焊型(Dry Film, Solder Mask),其中液态感光型为目前制程大宗,常用的有Normal LPI, Lead-free LPI,Prob 77. 防焊对阻抗的影响是使得阻抗变小2~3ohm左右 阻焊层下面为第一层铜箔。它主要起到电路连通及焊接器件的作用。硬板中使用的铜箔一般以电解铜为主（FPC中主要使用压延铜）。常用厚度为0.5OZ及1OZ.(OZ为重量单位在PCB行业中做为一种铜箔厚度的计量方式。1OZ表示将重量为1OZ的铜碾压成1平方英尺后铜箔的厚度。1OZ=0.035mm). 铜箔下面为绝缘层..我们常用的为FR4半固化片.半固化片是以无碱玻璃布为增强材料,浸以环氧树脂.通过120-170℃的温度下,将半固化片树脂中的溶剂及低分子挥发物烘除.同时,树脂也进行一定程度的反应,呈半固化状态(B阶段).在PCB制作过程中通过层压机的高温压合.半固化中的树脂完全反应,冷却后完全固化形成我们所需的绝缘层. 半固化片中所用树脂主要为热塑性树脂, 树脂有三种阶段: A阶段:在室温下能够完全流动的液态树脂,这是玻钎布浸胶时状态 B阶段:环氧树脂部分交联处于半固化状态,在加热条件下,又能恢复到液体状态 C阶段:树脂全部交联为C阶段,在加热加压下会软化,但不能再成为液态,这是多层板压制后半固化片转成的最终状态. 由于半固化片在板层压合过程中，厚度会变小，因而半固化片的原始材料厚度和压合后的厚度不一样，因而必须分清厚度是原始材料厚度还是完成厚度。另外，半固化片的厚度不是固定不变的，根据板厚、板层和板厂不同，而有所不同。上述只是一例。 同时该叠层中用了两块芯板，即core(FR-4).芯板是厂家已压合好的带有双面铜的基材，在压合过程中厚度是不变的。常见芯板见下：（表二）

高速PCB设计中的阻抗控制

高速数字电路PCB设计中的阻抗控制（转载） 随着半导体工艺的飞速发展，IC器件集成度和工作时钟频率不断提高。以往在一块比较复杂的PCB上的高速网线只有几根或几十根，现在则是在一块PCB上只有几根或几十根网线不是高速信号线；以往认为数字电路设计只要把握逻辑正确，物理连线似乎只要连接上就能使电路正常工作；而现在越来越多的电子产品设计体现出高速、高性能、高密度和高复杂度的特点，尤其在通讯、计算机、航空航天以及图象处理等领域。系统的主频越来越高，更加严重的挑战来自半导体工艺技术的进步，日渐精细的工艺技术使得晶体管尺寸越来越小，因而器件的信号跳变沿也就越来越快，从而导致更加严重的高速数字电路系统设计领域的信号完整性问题：传输线效应(反射、时延、振铃、及信号的过冲与欠冲)、信号问串扰等。为此，电子系统设计师必须从传统的设计方法向现代的电子系统设计方法转变，这既是形势需要，也是发展的必然趋势。 1 高速数字电路概念 1．1 什么是高速数字电路 ??? PCB上的高速电路设计，主要是以器件和连接器件的印制线为主要分析对象的。以往在器件的时钟频率不是很高、时钟的上升或下降沿变化不是很陡的情形下，可以用集总参数的形式来表示印制线，而当器件的时钟频率变得很高时(比如：超过50MHz)，时钟的上升或下降沿很小时(一般地在1ns～5ns之间)，这时就不能将印制线用集总参数来表示，必须引入分布参数来表示印制线特性，这就是传输线的概念(图1)。关于传输线的分析是高速PCB 设计当中最基本也是最核心的部分，下面简要介绍传输线的定义和高速电路设计相关的一些概念。 ??? 国际上通常对PCB上的传输线没有确切的具体定义，现在被大家普遍接受的约定如下：即当信号从驱动端到接收端的印制线上的延时大于等于上升或下降沿的l/ 时(即Tpd≥0.5Trist(Tfdl))。这时就必须将此印制线当成传输线来分析，更为保守一点的定义是信号在走 线上传播延时或。

差分信号走线原则

设计规则1 我们处理差分信号的第一个规则是：走线必须等长。有人激烈地反对这条规则。通常他们的争论的基础包括了信号时序。他们详尽地指出许多差分电路可以容忍差分信号两个部分相当的时序偏差而仍然能够可靠地进行翻转。根据使用的不同的逻辑门系列，可以容忍500 mil 的走线长度偏差。并且这些人们能够将这些情况用器件规范和信号时序图非常详尽地描绘出来。问题是，他们没有抓住要点！差分走线必须等长的原因与信号时序几乎没有任何关系。与之相关的仅仅是假定差分信号是大小相等且极性相反的以及如果这个假设不成立将会发生什么。将会发生的是：不受控的地电流开始流动，最好情况是良性的，最坏情况将导致严重的共模EMI问题。 因此，如果你依赖这样的假定，即：差分信号是大小相等且极性相反，并且因此没有通过地的电流，那么这个假定的一个必要推论就是差分信号对的长度必须相等。差分信号与环路面积：如果我们的差分电路处理的信号有着较慢的上升时间，高速设计规则不是问题。但是，假设我们正在处理的信号有着有较快的上升时间，什么样的额外的问题开始在差分线上发生呢？考虑一个设计，一对差分线从驱动器到接收器，跨越一个平面。同时假设走线长度完全相等，信号严格大小相等且极性相反。因此，没有通过地的返回电流。但是，尽管如此，平面层上存在一个感应电流！ 任何高速信号都能够（并且一定会）在相邻电路（或者平面）产生一个耦合信号。这种机制与串扰的机制完全相同。这是由电磁耦合，互感耦合与互容耦合的综合效果，引起的。因此，如同单端信号的返回电流倾向于在直接位于走线下方的平面上传播，差分线也会在其下方的平面上产生一个感应电流。 但这不是返回电流。所有的返回电流已经抵消了。因此，这纯粹是平面上的耦合噪声。问题是，如果电流必须在一个环路中流动，剩下来的电流到哪里去了呢？记住，我们有两根走线，其信号大小相等极性相反。其中一根走线在平面一个方向上耦合了一个信号，另一根在平面另一个方向上耦合了一个信号。平面上这两个耦合电流大小相等（假设其它方面设计得很好）。因此电流完全在差分走线下方的一个环路中流动（图3）。它们看上去就像是涡流。耦合电流在其中流动的环路由（a）差分线自身和（b）走线在每个端点之间的间隔来定义。 设计规则2 现在EMI 与环路面积已是广为人知了3。因此如果我们想控制EMI，就需要将环路面积最小化。并且做到这一点的方法引出了我们的第二条设计规则：将差分线彼此靠近布线。有人反对这条规则，事实上这条规则在上升时间较慢并且EMI 不是问题时并不是必须的。但是在高速环境中，差分线彼此靠得越近布线，走线下方所感应的电流的环路就越小，

差分信号PCB规则

什么是差分信号？ 一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了- 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。 图1 用跷跷板表示的差分信号 应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。当V+>V-时，信号定义成正极信号，当V+

特征阻抗那点事

特征阻抗那点事 关键词：特征阻抗 PCB 电缆 传输线的特征阻抗，又称为特性阻抗，是我们在进行高速电路设计的时候经常会提到的一个概念。但是很多人对这个概念并不理解，有时还会错误的理解为直流阻抗。弄明白这个概念对我们更好的进行高速电路设计很有必要。高速电路的很多设计规则都和特征阻抗有关。 要理解特征阻抗的概念，我们先要弄清楚什么是传输线。简单的说，传输线就是能够传输信号的连接线。电源线，视频线，USB连接线，PCB板上的走线，都可以称为传输线。如果传输线上传输的信号是低频信号，假设是1KHz，那么信号的波长就是300公里(假设信号速度为光速)，即使传输线的长度有1米长，相对于信号来说还是很短的，对信号来说传输线可以看成短路，传输线对信号的影响是很小的。但是对于高速信号来说，假设信号频率提高到300MHz，信号波长就减小到1米，这时候1米的传输线和信号的波长已经完全可以比较，在传输线上就会存在波动效应，在传输线上的不同点上的电压电流就会不同。在这种情况下，我们就不能忽略传输线对信号造成的影响。传输线相对信号来说就是一段长线，我们要用长线传输里的理论来解决问题。 特征阻抗就属于长线传输中的一个概念。信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们提到的传输线的特征阻抗。这里一定要区分一个概念，就是特征阻抗是对于交流信号(或者说高频信号)来说的，对于直流信号，传输线有一个直流阻抗，这个值可能会远小于传输线的特征阻抗。一旦传输线的特性确定了(线宽，与参考平面的距离等特性)，那么传输线的特征阻抗就确定了.此处省略一万字的公式推导过程，直接给出PCB走线的特征阻抗计算公式： 其中L是单位长度传输线的固有电感，C是单位长度传输线的固有电容。肯定有人会问，什么是单位长度?是1cm，1mm，还是1mil?其实这里的单位长度是多少并不重要。单位越小精度越高，学过微积分对这个概念应该就更清楚了。通过这个简单的计算公式我们能看出来，要改变传输线的特征阻抗就要改变单位长度传输线的固有电感和电容。这样我们就能更好的理解影响传输线特征阻抗的几个因素： a. 线宽与特征阻抗成反比。增加线宽相当于增大电容，也就减小了特征阻抗，反之亦然 b. 介电常数与特征阻抗成反比。同样提高介电常数相当于增大电容

两层板双面板如何控制50欧特性阻抗的设计技巧

两层板（双面板）如何控制50欧特性阻抗的设计技巧 我们都知道，在射频电路的设计过程中，走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情，尤其是在Wi-Fi产品的射频电路设计过程中，由于工作频率很高（2.4GHz或者5.8GHz），特性阻抗的控制就显得更加重要了。如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆，那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。 什么是特性阻抗? 是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时，其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。由于交流电路中或在高频情况下，原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”，已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance)，故在电路中不宜再称为”电阻”，而应改称为”阻抗”。不过到了真正用到”Impedance阻抗”的交流电情况时，免不了会造成混淆，为了有所区别起见，只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。电路板线路中的讯号传播时，影响其”特性阻抗”的因素有线路的截面积，线路与接地层之间绝绿材质的厚度，以及其介质常数等三项。目前已有许多高频高传输速度的板子，已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内，则板子在制造过程中，必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。 两层板如何有效的控制特性阻抗？ 在四层板或者六层板的时候，我们一般会在顶层（top）走射频的线，然后再第二层会是完整的地平面，这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的，顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗（在其他情况相同的情况下，走线越宽，特性阻抗越小）。 但是，在两层板的情况下，就不一样了。两层板时，为了保证电路板的强度，我们不可能用很薄的电路板去做，这时，顶层和底层（参考面）之间的间距就会很大，如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗，那么顶层的走线必须很宽。例如我们假设板子的厚度是

SATA高速差分信号设计规则

PCB设计挑战和建议作为PC、服务器和消费电子产品中重要的硬盘驱动器接口，串行ATA(SATA)发展迅猛并日益盛行。随着基于磁盘的存储在所有电子市场领域中变得越来越重要，系统设计工程师需要知道采用第一代SATA(1.5Gbps)和第二代SATA(3.0Gbps)协议的产品设计中的独特挑战。此外，系统设计工程师还需要了解新的SATA特性，以使其用途更广，功能更强，而不仅仅是简单地代替并行ATA。充分利用这些新特性并克服设计中存在的障碍，对成功推出采用SATA接口的产品非常关键。 日趋复杂的PCB布局布线设计对保证高速信号(如SATA)的正常工作至关重要。由于第一代和第二代SATA的速度分别高达1.5Gbps和3.0Gbps，因此铜箔蚀刻线布局的微小改动都会对电路性能造成很大的影响。SATA信号的上升时间约为100ps，如此快的上升时间，再加上有限的电信号传输速度，所以即使很短的走线也必须当成传输线来对待，因为这些走线上有很大部分的上升(或下降)电压。 高频效应处理不好，将会导致PCB无法工作或者工作起来时好时坏。为保证采用FR4 PCB板的SATA设计正常工作，必须遵守下面列出的FR4 PCB布局布线规则。这些规则可分为两大类：设计使用差分信号和避免阻抗不匹配。 高速差分信号设计规则包括： 1.SATA是高速差分信号，一个SATA连接包含一个发送信号对和一个接收 信号对，这些差分信号的走线长度差别应小于5mil。使差分对的走线长度保持一致非常重要，不匹配的走线长度会减小信令之间的差值，增加误码率，而且还会产生共模噪声，从而增加EMI辐射。差分信号线对应该 在电路板表层并排走线(微带线)，如果差分信号线对必须在不同的层走 线，那么过孔两侧的走线长度必须保持一致。 2.差分信号线对的走线不能太靠近，建议走线间距是走线相对于参考平面高 度的6至10倍(最好是10倍)。 3.为减少EMI，差分对的走线间距不要超过150mil。 4.SATA差分对的差分阻抗必须为100欧姆。 5.为减少串扰，同一层其它信号与差分信号线对之间的间距至少为走线相对 于参考平面高度的10至15倍。 6.在千兆位传输速度的差分信号上不要使用测试点。 避免阻抗不匹配的设计规则包括：