单端和差分信号的PCB布线规则

单端和差分信号的PCB布线规则

“慢”或“快”信号之间的区别似乎是任意的，可能取决于你问的人。 一个相关的话题是 PCB 布线在电气上是“短”还是“长”。 您可能会发现关于此主题的许多差异。 无论您想在 PCB 中布线慢速信号还是快速信号，都需要遵循一些 PCB 布线规则以确保您的电路板按预期工作。

在您开始在组件之间路由信号之前，您需要检查您的设计规则并调整它们以满足信号标准。 在开始围绕 PCB 布线信号之前，您需要设置以下重要的 PCB 布线规则。

单端信号的PCB布线规则

关于PCB布线规则最需要注意的是，布线标准不一定将自己定义为“低速”或“高速”。 这种差异在很大程度上是由 PCB 设计人员创造和延续的，并且主要是由信号上升时间变得非常快（小于 1 ns）时的信号完整性问题引起的。 因此，在设置设计规则时，了解信号标准中的约束尤为重要，无论您处理的是慢信号还是快信号。

找到所需设计规则的第一个地方是信号标准文档。 大多数标准文档都可以免费在线获得。 随着您创建更多的设计，您将更加熟悉这些标准并了解设计中设置的规则。 适用于许多单端信号标准的一些最常见的 PCB 布线规则是：

匹配的长度。 对于具有源同步时钟的总线标准或并行数据路由，您需要在一定的公差范围内对组中的所有网络强制进行长度匹配。 路由时，这是通过向网络添加长度调整结构来实现的。

通过过渡。 一些标准建议限制通孔过渡的数量，以防止过度损耗、反射和其他寄生效应。

最大长度。 有时，为给定的损耗角正切值指定网络的最大长度，以防止信号过度衰减。 如果使用的是低损耗层压板，可以根据损耗角正切值的不同来延长长度。

清除。 迹线必须与不属于网络的其他对象（焊盘、组件、平面等）分开。 这确保了可制造性，减少了不必要的寄生现象，并在高压设计中提供了 ESD 保护。

宽度和阻抗。 这两个量相互关联，用于高速设计中的受控阻抗。 了解如何将阻抗和布线宽度指定为 PCB 布线规则。

如果您需要将相同的 PCB 布线规则分配给一组网络（对于单端信号组很常见），最快的方法是将一组中的所有网络分配给一个网络类别。 您可以从 PCB Editor 窗口中的设计→ 类型选项（见下文）访问此功能。 将网络分配给类别后，您可以使用 PCB 规则和约束编辑器将设计规则分配给单个网络或网络类别。

其他可能不适用于特定信号标准的 PCB 布线规则也可用于帮助确保您的设计井然有序。 路由拓扑和路由层限制是两个主要示例。 对于更高级的设计，例如具有 BGA 封装的组件，您可以使用设计规则来配置扇出策略。 处理差分对需要您自己的一套设计规则，如下一节所示。

差分对路由规则

差分对是独一无二的，因为慢速和快速信号可以作为差分对进行路由。 无论信号是快还是慢，差分对仍然需要遵循一些通常对单端信号强制执行的设计规则。 差分对需要考虑的四个重要设计规则是：

阻抗容差。 即使你的布线长度小于临界长度，你最好咬住子线来为差分对创建阻抗曲线，除非你的信号标准中另有规定。 其他几何约束将取决于沿差分对的允许阻抗变化。

最大去耦长度。 这告诉你最长的距离是差分对的两侧可以保持不耦合（即相隔很远）。 这一点很重要，因为未耦合部分看起来像阻抗不连续，因此必须足够短。

长度匹配。 请记住，差分信号是通过获取两个信号之间的差异来读取的，因此这两个信号需要同时到达接收器。 更快的信号需要更小的长度匹配容差。

最大净长度。 与单端信号一样，差分信号标准可能有最大长度限制。 以CAN总线为例； 即使这是一个慢速标准，最大链路长度（PCB 路由+电缆）也将取决于您将在系统中使用的数据速率。

您可以在PCB 规则和约束编辑器的布线 → 差分对路由区域为上面的前两点设置设计规则。 另外两点可以在“高速”区域解决。

如果您使用的是高速差分对，则上面讨论的任何其他标准高速设计规则都可以应用于差分对。 请注意，最简单的方法是将相关差分对分配给差分对网络类别，然后选择将由每个设计规则控制的类别。

就像单端网络一样，在开始设置 PCB 布线规则之前，请阅读有关信号标准的文档。 在这里，您可以找到差分信号标准的相关设计规则信息（通常在标准的“物理层”部分）。 在开始布线差分对之前，了解如何创建阻抗曲线、将网络分配给差分对网络类别，以及为这些类别设置一些设计规则。

您可以按照与将设计规则添加到单端网络和差分对相同的步骤来分配这些 PCB 布线规则。 PCB加工厂和PCB组装厂讲解单端信号和差分信号的PCB布线规则。