PCB蛇形走線與信號的延遲

並行總線的PCB布線過程中,為了滿足時序要求,信號線之間通常會有等長要求。一般通過繞線的方式調整走線長度,這就是通常所說的蛇形走線,如圖所示。蛇形走線的最終目的是為了調整信號的延時,讓有時序約束的一組信號同時到達接收端。



對於蛇形線,儘管布線過程中通常只是監控走線的長度,但是要時刻牢記,信號延時才是最終的調控目標。走線的長度相同,信號的延時不一定相同。任何影響信號延時的因素都要加以仔細考慮。蛇形線能夠在多大程度上達到延時的效果,主要和繞線方式密切相關。PCB布線軟體會給出多種繞線方式,比如 Allegro軟體中給出的繞線選項。如果需要等長布線的時候應該選用哪種繞線方式?繞線過程中應該注意哪些問題?



我們知道,串擾會影響信號的延遲。對於蛇形走線,由於其特殊的走線方式,也會在繞線區域產生類似的問題。圖1顯示了這種問題的機理。

在信號進入繞線區域的A點瞬間,由於兩條垂直的線段之間存在耦合,B點開始出現串擾噪聲,這是一種近端串擾,串擾噪聲的跳變方向和信號的跳變方向相同。隨著信號在左側垂直線段向上傳播,B點持續產生串擾噪聲,當信號沿著繞線路徑到達B點時,信號和這個串擾噪聲疊加,由於跳變方向相同,噪聲的疊加使得信號的上升沿各點電位被不同程度地抬高,從時間軸上看,信號似乎提前到達B點。

圖2展示了串擾噪聲的產生,以及串優噪聲是如何疊加在信號上從而改變信號上升沿的。作為參考,虛線顯示了不繞線情況下信號的邊沿情況。

蛇形線內部的串擾由信號產生,反過來又疊加到信號本身,可以看作是特殊走線方式下信號對其自身的干擾。蛇形線內部的串擾總是表現為近端串擾,串擾噪聲的跳變方向和信號相同,因此這種串擾總是加速信號的傳播,使信號提前到達接收端。如果繞線處理不好,就會較多地偏離預期延遲值,達不到預期效果。

既然造成信號加速的原因是繞線區域的串擾,那麼只要能最大限度地減小這種串擾,就不會對信號的延遲甚至造成太大的影響。在繞線過程中有兩個參數是很容易控制的,即間距(gap)和長度(H),如圖3所示。根據串擾的特性,間距越大,串擾越小。耦合長度越小,串擾越小。





下圖4顯示了保持H不變,gap分別為1W、2W、3W以及直線情況下信號邊沿的情況,gap值越大,信號的延遲越接近於直線情況。圖5顯示了保持gap=3W不變,H分別為200 mil 和 50 mil情況下信號邊沿與直走線的對比,H越小,信號延遲越接近於直線情況。

在蛇形繞線中,如果空間允許則儘量使用大的gap值並減小H值,即蛇形線的那些突起要儘量寬且矮,這樣才能較好地達到預期的延時效果。

如果空間允許,還可以使用圖6所示的這種繞線方式,可以進一步減小串擾的影響,由於蛇形線的突起部分沒有平行線,耦合作用被進一步減弱,串擾進一步減小。總之蛇形繞線關鍵在於減小繞線部分的串擾,抓住這一原則就可以靈活處理。

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