广告

在PCB布线时高速线到底可以走多长?

2021-09-08 高速先生 阅读:
经常会有PCB设计的同事问我,板子上PCIe或者10G光口这类走线最长不能超过多少?速率不是那么高的信号,例如USB2.0,是不是就可以走很长的线了?速率到达多高,就要特别注意走线的损耗的问题?这些问题核心还是涉及到高速信号速率与传输线损耗之间的关系,如果我们对不同速率的信号通过传输线后的衰减有一个基本认识,就可以对布线长度做一个基本的评估了。

袁波 | 文QJvednc

前面几篇文章讲到了串行总线的预加重与均衡理论,概念性的东西比较多,大家如果不是从事信号完整性仿真等相关工作人员,理解起来会有一定的困难。很多关注高速先生公众号的都是从事高速PCB 设计(Layout)的小伙伴,信号处理的理论可能对这些朋友日常工作帮助不是太大,这些朋友可能更多关注的是与布线相关的话题。QJvednc

经常会有PCB设计的同事问我,板子上PCIe或者10G光口这类走线最长不能超过多少?速率不是那么高的信号,例如USB2.0,是不是就可以走很长的线了?速率到达多高,就要特别注意走线的损耗的问题?这些问题核心还是涉及到高速信号速率与传输线损耗之间的关系,如果我们对不同速率的信号通过传输线后的衰减有一个基本认识,就可以对布线长度做一个基本的评估了。QJvednc

在回答这些问题之前,我们应该对不同频率的信号经过一段长度的传输线后损耗程度有一定的了解。大家觉得传输速率为5Gbps的数字信号(不经过任何预加重或者均衡处理),经过一段15inch的传输线后(普通板材),眼图还可以打开吗,8G呢?为了解开大家的疑惑,我做了如下仿真,如下图所示:QJvednc

我们假设这个通信系统的驱动和接收器件都是理想模型,理想模型就意味着驱动和接收都是匹配较好,除了传输线的损耗之外,信号不受其他干扰项的影响。假设该传输线的介质为普通FR4,线宽为5mil,阻抗为50ohm,线长为15inch。首先我们来看下通道的插损曲线,如下图:QJvednc

通过插损曲线我们可以看出,通道的损耗还是很大的,在2.5G的时候就达到了-7.9dB,转化成幅度,大概为0.4,也就是这个频率下,信号的幅度损耗了60%。我们来看看不同速率的信号在穿过这个通道后会变成什么样子。QJvednc

发送端为理想PRBS信号,发送端信号峰峰值为1V,上升和下降时间为10ps,我们分别仿真了速率为1G,2.5G,5G,8G,10G,25G的信号,通过15inch的传输线后,眼图对比如下:QJvednc

眼高和眼宽数据统计对比如下:QJvednc

由上表我们可以看出,随着信号频率的提高,损耗的影响变得越来越大。至于这个影响到底有多大,我们可以参考上面的表格做一个大概的评估。QJvednc

比较较真的网友可能又有疑惑了,你说了这么多,我只想知道我在布线的时候高速线到底最长可以走多长,你能不能给个准确的数值。遇到这些问题,高速先生也不能明确的给出答案。我只能说,it depends…..从传输通道来说,线长只是影响损耗的因素之一,还有很多关键的因素影响着通道的损耗,比如说我们选用的板材,换层孔的类型,数量,使用的铜箔类型,线宽线厚等等。对于高速串行信号来说,不同的芯片信号处理能力也不一样,也就是所谓的预加重和均衡能力不一样,既然芯片的性能有差异,我们对传输通道的评估也就不能一概而论了。最好的方法就是拿到芯片的模型进行仿真评估,综合考虑这些因素对信号的影响,这也是SI工程师存在的价值。QJvednc

-end-QJvednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
文章来源及版权属于高速先生,EDN电子技术设计仅作转载分享,对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如有不适,请联系Demi.xia@aspencore.com
高速先生
浅显易懂的高速电路设计掌上图书馆。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 在电路系统中如何准确测量PCB温度与环境温度? 除了在电路设计中充分考虑温度可靠性还需要兼顾电路系统的温度监测,实时确保温度范围在允许范围内,在出现极端温度情况时有预警机制,环境温度测量和PCB温度测量就是其中两个重要的步骤,如何准确地实现环境温度和PCB板上温度的测量呢?
  • 难道“设计得太好”也是一种错? 有时候,事情做的好并促成了技术进展,很快地就会有人对你期待更多。例如在设计时增加某种新功能,经常引发另一种非预期的需求。从某方面来说,这对于工程师所传达的讯息就是:很抱歉,您的设计做得“太”好了!
  • 大四学生自制1200+晶体管阵列芯片,类似英特尔4004 CPU 日前,国外大四学生@Sam Zeloof 制作了他的第二个自制硅集成电路Z2,单个芯片上有 1200 个晶体管,使用的技术与英特尔在 1970 年代制作第一批 CPU 时使用的技术相同。换而言之,他一个人在家完成了在 1970 年代需要整个公司才能完成的工作……
  • 这颗可编程逻辑芯片为何一半时间不能正常工作? 几分钟后,我们就知道只有最新版的 GAL出现了问题。但这似乎又是不可能发生的——这是精心编程的 GAL,在编程器中使用专门准备的测试向量进行了测试,竟然有一半的时间在电路中不能工作?
  • 什么样的PCB才能承受住100 A的电流? 通常的PCB设计电流都不会超过10 A,甚至5 A。尤其是在家用、消费级电子中,通常PCB上持续的工作电流不会超过2 A。但是最近要给公司的产品设计动力走线,持续电流能达到80 A左右,考虑瞬时电流以及为整个系统留下余量,动力走线的持续电流应该能够承受100 A以上。那么问题就来了,怎么样的PCB才能承受住100 A的电流?
  • 瑞萨电子推出用于RZ/G2L、RZ/V2L的完整电源解决方案  新产品可提升系统可靠性,降低整体成本,支持四层PCB板
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了