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傳輸線長度長了一點行不行呢,?

 李清龍1023 2023-05-08 發(fā)布于安徽

蔣修國 /文

編者注:對于PCB layout工程師而言,,絕大數(shù)的時候都局限于長度限制,等長,,包地,,過孔數(shù)量等等,其實,,很多時候這些都不是一成不變的,換個角度,,會有不一樣的結(jié)果,。

有一位微信好友問我:他們的PCB板上的USB3.0布線長度超標了200mil,在他們的產(chǎn)品上有沒有風險,?對于這類反手就給了一個回復:你猜?。?!當然,,這不太符合一位SI工程師的作風,一般要回復他一句至理名言:It depends!

當然,,話是這么說,,其實這個問題的根源在于很多工程師并沒有特別理解“傳輸線長度標準范圍”的這一概念。

翻遍各類總線規(guī)范,,基本找不出總線對長度的定義,,那么這些長度的標準又來自于哪里呢?當然,,大概歸納起來就兩個來源,,一個是芯片設計手冊,所謂的designguide,;另一個來源就是本公司(或者個人)的經(jīng)驗,。但是,不管是哪一種,,都會在一些不相同的應用場景時,,存在一些偏差,。比如如下是兩個不同平臺的設計手冊針對PCIE3.0的要求:

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顯然,平臺A最長只能12inch,,而平臺B的可以達到17inch,。所以如果工程師把B平臺的規(guī)則放到A平臺上,這就會導致長度超標,,最終有可能導致產(chǎn)品設計失敗,。而如果把A平臺的規(guī)則放置到B平臺上進行設置,雖然功能可能可以調(diào)試出來,,但是如果非得要設計到17inch的長度,,就會導致成本增加。

回到開始的那個問題,,之所以會那樣回答,,就是因為在什么都不清楚的情況下,只能像算八字一樣掰著手指算一算就猜,。

那規(guī)范中這些長度是如何給出來的呢,?為什么每一個芯片平臺又不一樣呢?這其實就與每一顆芯片的驅(qū)動能力有關(guān),。所以我們在一些總線規(guī)范中會看到有對總線的損耗有一個要求,,在《ADS信號完整性仿真與實戰(zhàn)》一書中也有給大家介紹到這個問題。如下圖所示:


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規(guī)范中定義了這個損耗,,在設計的時候產(chǎn)品的時候,,就按照這規(guī)范以及實際電路的設計來確定PCB設計的長度等,這里要補充說明下,,損耗不僅僅與長度有關(guān)系,。這時就通過仿真能快速地獲得這個設計的長度要求,從而得出設計的規(guī)則,。

下面以HCB的要求為例,,通過仿真來簡單介紹下。在仿真工具(ADS)中建立一個仿真模型,,如下圖所示,,傳輸線的總長度為1120milPCB材料的介質(zhì)損耗角為0.02 

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仿真得到的結(jié)果如下圖所示,,紅色的曲線為規(guī)范要求,,藍色的曲線為傳輸仿真獲得的結(jié)果。

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顯然,,這時傳輸線的總長度為1120mil是符合要求的,。那當長度變?yōu)?/span>1750mil時,我們看看結(jié)果會變成什么樣呢,?

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仿真得到的結(jié)果如下圖所示,,紅色的曲線為規(guī)范要求,,藍色的曲線為傳輸仿真獲得的結(jié)果。

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從上面這個結(jié)果可以看到,,這個長度的損耗遠遠超過了規(guī)范要求的數(shù)值,。這樣設計出來的產(chǎn)品肯定是不符合設計要求的。所以到這里,,可能很多工程師就會說這個長度太長了,,顯然不能滿足設計要求。結(jié)果真是這樣的嗎,?如果把PCB材料的介質(zhì)損耗角變?yōu)?/span>0.01時,,長度還是為1750mil,如下圖所示:

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仿真得到的結(jié)果如下圖所示,,紅色的曲線為規(guī)范要求,,藍色的曲線為傳輸仿真獲得的結(jié)果。

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從以上結(jié)果我們可以看到顯然,,即使長度變長了,,只要改變PCB材料參數(shù),結(jié)果同樣也是符合規(guī)范要求的,。

綜上所述,,在不同的條件下,不管傳輸線的長度是1120mil還是1750mil,,它們都有可能滿足規(guī)范或者設計系統(tǒng)的要求,。所以我們不能單一地以某一長度來作為設計的準則,,而是要根據(jù)實際設計的情況來確定,。通過對實際情況的了解,通過建模仿真,,就可以打破一些設計規(guī)則的約束,,從而獲得符合自己特定場景的應用。


當然,,并不是所有的規(guī)范都有一個非常明確的損耗要求,,如果沒有這個損耗要求的時候怎么辦呢?大家可以在留言區(qū)說說你們的看法,,后續(xù)我會再與大家分享,。 

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