一种差分对等长补偿阻抗匹配方法与流程

文档编号:14477842
研发日期:2018/5/19

本发明涉及电路板设计技术领域,尤其涉及一种差分对等长补偿阻抗匹配方法。



背景技术:

差分对使用两根耦合的信号线进行传输,对于高速差分对信号,一般要求两根线等长误差5mil内,差分对两根线的线边缘距离小于等于两倍线宽保证差分对耦合,控制一定的阻抗值并保持阻抗不变。在PCB实际设计中,由于布局等条件的限制,差分对长度差通常大于5mil,甚至在40mil以上。为了使差分对两根信号线等长满足误差,需要对短的一根进行长度补偿。

目前,差分对的等长补偿一般是向外补偿法:在长度不匹配的线段处采取把其中一根线向外凸起布线的方法进行长度补偿。向外补偿法造成差分对的阻抗变大,耦合度变小(间距大,耦合度差,相比正常的耦合度变小),增加了布线面积。向外补偿法如图1所示。另外一种补偿方法是向内补偿法:把其中一根线向内凹进布线补偿长度。向内补偿法造成差分对的阻抗变小,耦合度变大(间距小,耦合度好,相比正常的耦合度变大),布线面积不变。向内补偿法示意图2所示。

线宽不变时,向内补偿或者向外补偿到使得信号线间距变化,将导致阻抗突变,而向内补偿法比向外补偿法的阻抗变化更大。差分对两根信号线之间的长度误差较大时,以上两种差分对补偿方法都需要使用多个补偿线段才能实现差分对等长误差满足要求,将导致差分信号在差分对在补偿线段处阻抗多次突变,发生信号反射,造成传输线的信号不完整。信号速率越来越高,对信号完整性的要求将变得更高,需要找到一种新的差分对长度匹配方法来满足信号完整性。



技术实现要素:

为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种精确、可靠性高的差分对等长补偿阻抗匹配方法。

本发明所采用的技术方案是:一种差分对等长补偿阻抗匹配方法,其包括:找出差分对的阻抗变化率在预设范围内满足信号完整性要求的多种不同差分对的线宽和线距,使用任意两个或者多个的差分对的线宽和线间距进行布线,实现等长补偿。

进一步,采用两个差分对的线宽和线间距进行布线,并使用渐变方式进行两种差分对的布线过渡。

进一步,把等长补偿处理的差分对的两根信号线分为的补偿线和非补偿线,把长度增加的信号线定义为补偿线,长度不变的信号线为非补偿线,把补偿线和非补偿线分别定义为三段:正常布线线段、渐变线段和补偿线段,所述补偿线段的中心偏移距离s1的计算公式为:

s1=|(w1+se1)-(w2+se2)|

其中w1为正常布线线段的线宽,se1为正常布线线段的线距,w2为补偿线段的线宽,se2为补偿线段的线距;所述等长补偿处理的差分对的单次补偿长度len的计算公式为;

其中len1非补偿线的渐变线段的水平长度,len2为补偿线的渐变线段的水平长度。差分对可做n次等长补偿,n的计算公式为:

其中lentotal为差分对未做等长补偿处理时的两根信号线的长度差,lentol为允许长度差的误差。

本发明的有益效果是:本发明通过找出差分对的阻抗变化率在预设范围内满足信号完整性要求的多种不同差分对的线宽和线距,使用任意两个或者多个的差分对的线宽和线间距进行布线,实现等长补偿,使得在差分对无论做多少次等长补偿,在补偿线段处阻抗均不会突变,发生信号反射。本发明能够精准的、可靠的实现差分对等长补偿阻抗匹配,保证传输线的信号完整。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:

图1是差分对向外补偿法的示意图;

图2是差分对向内补偿法的示意图;

图3是本发明中一差分对等长补偿处理的示意图。

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种差分对等长补偿阻抗匹配方法,其包括:找出差分对的阻抗变化率在预设范围内满足信号完整性要求的多种不同差分对的线宽和线距,使用任意两个或者多个的差分对的线宽和线间距进行布线,实现等长补偿。

实施例1

在PCB板卡的同一层,利用仿真软件或者阻抗计算软件,计算出能保持差分对阻抗的变化率(比如±1%、±2%或者±5)在一定范围内满足信号完整性要求的多种不同差分对的线宽、线间距和阻抗值。如表1所示例子,差分对在5mil线宽、10mil线间距到4mil线宽、6mil线间距的各种差分对都满足阻抗在100Ω左右。

表1

阻抗计算时,第一步先计算出最大值,最大值一般满足差分对的线宽和线间距之比为≤1:2;第二步计算出最小值,最小值要求线宽满足极限加工能力;第三步依次计算差分对从最大值过渡到最小值之间,线宽变化按照0.1mil递减,线距离按照最大值和最小值之差均分变化。一般要求最大值和最小值的线间距之差≥4mil,使得差分对长度一次补偿效果明显,否则补偿次数太多增加不必要的工作难度。

阻抗计算表的最大值和最小值是根据实际情况人为控制。如果能满足最大线宽和最小线宽之差≤1mil的条件,则过渡线段的阻抗将基本保持不变,可以简化计算步骤,只计算第一步和第二步,布线过程中只采用最大值和最小值即可。如不满足,需计算第三步来确保阻抗变化满足信号完整性要求。

从表1可以看出,最大值、过渡和最小值的差分对可满足阻抗基本保持不变,满足信号完整性要求。PCB设计过程中,同一对差分对可以使用表中的任意两个或者多个的差分对参数进行布线(强烈推荐只使用两种差分对控制同一种阻抗,可以减少布线工作量和后续生产的成本),实现线宽和线间距不同时保持阻抗基本不变。补偿时,差分对长度较长的差分信号线中心不变,长度较短的信号线信号线向外或者向里偏移以达到补偿长度目的。在补偿处,信号线宽将变大或者变小。一般使用以下两种方法进行布线和等长补偿:

方法1:优先使用线宽和线间距接近1:2的差分对进行正常布线。此时使用最小值的差分对进行长度匹配,可以尽可能的一次匹配更多的差分对长度;此时差分对补偿方法为向内补偿法。如表1计算的结果,可采用5mil线宽、10mil线间距的差分对为正常线段布线,采用4mil线宽、6mil线间距的差分对为补偿线段。

方法2:如由于其他原因导致计算使用最小值或者差分对的线宽和线间距比例接近1:1布线,可使用更大线宽的线宽和线间距之比接近1:2的差分对进行长度匹配。此时差分对的补偿方法为向外补偿法。如阻抗计算结果表2,可采用5mil线宽、6.2mil线间距的差分对为正常线段布线,采用6mil线宽、11.5mil线间距的差分对为补偿线段。

表2

作为优选的实施方式,采用两个差分对的线宽和线间距进行布线,并使用渐变方式进行两种差分对的布线过渡。

如图3所示,把等长补偿处理的差分对的两根信号线分为的补偿线L1和非补偿线L2,把长度增加的信号线定义为补偿线L1,长度不变的信号线为非补偿线L2,把补偿线L1和非补偿线L2分别定义为三段:正常布线线段、渐变线段和补偿线段,所述补偿线段的中心偏移距离s1的计算公式为:

s1=|(w1+se1)-(w2+se2)|

其中w1为正常布线线段的线宽,se1为正常布线线段的线距,w2为补偿线段的线宽,se2为补偿线段的线距;所述等长补偿处理的差分对的单次补偿长度len的计算公式为;

其中len1非补偿线的渐变线段的水平长度,len2为补偿线的渐变线段的水平长度。差分对可做n次等长补偿,n的计算公式为:

其中lentotal为差分对未做等长补偿处理时的两根信号线的长度差,lentol为允许长度差的误差。(注:为向上取整)

图3中的差分对补偿为向内补偿法。由于向外补偿法实际是正常线段按补偿线段的线宽和线间距进行布线,补偿线段按正常线段的线宽和线间距进行布线,所以以上计算方式也适用于向外补偿法。在此不做赘述。

实施例2

线宽5mil,线距10mil的差分对的两根信号线的长度差为25mil,差分对允许误差10mil,板卡最小线宽线距要求为4mil,求需要进行几次补偿?计算方法如下:使用4/6mil差分对其进行长度补偿,则根据公式1计算出s1=5;把len1参数设置为5mil,根据公式2计算出len≈4.1mil;根据公式3计算出n=4。即每次补偿长度为4.1mil,需要4次补偿方可满足差分对10mil内的误差要求。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

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