技术资讯 | 受控阻抗布线技术确保信号完整性

耀创深圳

核心要点
受控阻抗布线通过匹配走线阻抗来防止信号失真，从而保持信号完整性。
高速pcb设计中，元件与走线的阻抗匹配至关重要。
PCB材料的选择（如低损耗层压板）对减少信号衰减起关键作用。


受控阻抗布线如何保障信号完整性

为实现电路信号完整性，需遵循以下设计规范：避免直角走线、隔离时钟信号与电源信号、保持元件间最短距离。
受控阻抗布线通过调整走线尺寸和环境参数，使其特性阻抗与设计目标匹配，从而确保信号传输过程中的完整性。随着信号速度提升（甚至达到GHz级且面积缩小），信号完整性成为关键考量。该技术能维持信号强度，使其从源端到终端的传输过程保持稳定。
受控阻抗布线在电路中的行为电路中除源端和负载外还存在大量元件。能量从元件输出引脚经走线流向负载时会产生失真和损耗。若能量未被负载完全吸收，会反射回源端，引发叠加或抵消效应（如振铃现象），导致信号完整性受损。

阻抗不匹配时，电路可能表现异常。通过匹配走线阻抗可抑制信号反射。当源端与负载阻抗匹配时，能量沿走线传输效率最高，实现从源端到走线、再从走线到负载的高效耦合。这种基于阻抗匹配的布线技术称为受控阻抗布线，可有效消除失真、振铃和信号丢失。

受控阻抗布线设计方法1. 元件阻抗匹配
首先需匹配电路中元件的阻抗。输入引脚的高阻抗与输出引脚的低阻抗会导致失配，通过在输入/输出引脚间添加端接元件可实现阻抗匹配。

2. 走线阻抗匹配
通过调整走线几何尺寸（长、宽、厚度）及环境参数（如介质常数）实现目标阻抗。走线特性阻抗由电阻、感抗、容抗和电导共同决定。设计良好的受控阻抗布线可使阻抗在跨层传输时保持恒定（典型值范围：25–125 ?）。

PCB材料的介质常数和介质厚度影响走线阻抗。高速设计优先选用低介电常数、低损耗角正切的层压板材料，以提升信号性能，减少失真和相位抖动。低损耗材料制造的PCB能显著改善高频设计的信号完整性。
PCB中的受控阻抗设计实例
在多层电路板中，走线位于层间，需通过两侧层压板厚度实现阻抗匹配。以下是多层PCB中常见的受控阻抗结构示例：

微带线类型	描述
嵌入式微带线	走线夹于平面层间，一侧为平面层，另一侧为层压板与空气介质组合。
偏移带状线	走线两侧完全由层压板覆盖。
边缘耦合偏移带状线	两条受控阻抗走线置于两平面层之间。

orcad X 24.1版本优化了阻抗与耦合设计流程，提供更高效的受控阻抗布线支持。  

在OrCAD X 中应用受控阻抗布线
OrCAD X 提供了一套全面的工具，专门用于帮助设计人员实现受控阻抗布线。这些功能允许精确控制 PCB 走线的阻抗。

功能	描述	对受控阻抗布线的支持
叠层设计配置	定义PCB叠层结构，指定材料属性、层数与厚度。	通过控制信号走线与参考平面间距，确保阻抗一致性。
设计规则定义	设置电气、物理及制造约束（如阻抗、线宽、过孔尺寸）	严格遵循阻抗规范，降低信号完整性风险。
实时阻抗分析	设计过程中即时反馈阻抗值。	快速识别并修正阻抗失配，确保最终电路符合电气性能标准
设计内耦合分析	评估相邻走线间的耦合效应。	调整走线间距与布局，减少串扰并维持阻抗稳定。
高速布线与SI分析集成	结合信号完整性分析优化高频信号走线。	通过阻抗匹配减少反射与信号衰减，提升高频信号质量。

在处理高速、高频关键信号时，信号完整性必须全程保持。受控阻抗布线是PCB设计的核心实践，可确保信号从源端到负载的无损传输。当走线阻抗匹配时，信号完整性失效概率将降至最低。  
OrCAD X提供全套工具保障走线阻抗匹配，助力实现最优性能。  


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文章来源：Cadence


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