高速信號(hào)是否需要走圓弧布線

本文轉(zhuǎn)載自： 信號(hào)完整性微信公眾號(hào)

編者注：在高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到布線角度（圓弧、45°和直角）的問題，之前我們也有聊過這個(gè)問題。但是這一期我們更進(jìn)一步地用仿真做了一些研究，研究的結(jié)果可能有的會(huì)出乎一些工程師的意料。讓Mosman帶你耐心地閱讀全文，希望會(huì)有所收獲！

問題：在PCB布線中有三種常用的拐彎方式：直角、45度，圓弧(如下圖)。哪一種拐彎方式最好呢？這個(gè)問題根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比較容易回答，大多數(shù)會(huì)是圓弧>雙45度>直角，但是經(jīng)驗(yàn)性的東西不能定性而且總是在一定范圍內(nèi)有效，只有通過全波電磁場(chǎng)求解器才能準(zhǔn)確地研究這個(gè)問題。單端走線拐彎不涉及到模態(tài)轉(zhuǎn)化，因此以差分線為例。

差分線拐彎時(shí)內(nèi)側(cè)和外側(cè)的走線長(zhǎng)度不一樣，信號(hào)的延遲也不一樣，這是信號(hào)中部分差模成分轉(zhuǎn)化為共模成分的主要原因，然而拐彎處造成的阻抗不連續(xù)性也不能忽略，2.5D的電磁場(chǎng)求解器沒有辦法計(jì)算這部分效應(yīng)。

一、疊層

為了研究以上結(jié)構(gòu)，在3D電磁場(chǎng)求解器Simbeor中創(chuàng)建所需要的模型。選擇常用的4層板，材料參數(shù)：阻焊DK=3.3，LT=0.02，PP板Dk=3.3，LT=0.02，core內(nèi)芯DK=4.7，LT=0.02疊層設(shè)置如下

板材截面圖

二、結(jié)構(gòu)

1、90度拐角：

微帶線線寬15mil，線距22mil，兩根線的長(zhǎng)度差是209.5mil

2、45度拐角

微帶線線寬15mil，線距22mil，兩根線的長(zhǎng)度差63mil

3、圓弧拐角

微帶線線寬15mil，線距22mil，兩根線的長(zhǎng)度差59mil

三、仿真出結(jié)果

1、差模反射S[D1,D1]

2、差模插損S[D1,D2]

3、近端模態(tài)轉(zhuǎn)換S[D1,C1]

4、遠(yuǎn)端模態(tài)轉(zhuǎn)換S[D1,C2]

四、結(jié)論：

1、差模回?fù)p反而是45度拐角最好(不是圓弧)，這可能在很多人意料之外；

2、差模插損圓角拐彎最好，45度也差不到哪里去，90度最差，設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量避免90度,主要；

3、近端模態(tài)轉(zhuǎn)換，這個(gè)時(shí)候圓角最好，出人意料的是在10GHz之前的頻段，直角居然比45度要好；

4、遠(yuǎn)端模態(tài)轉(zhuǎn)換，這個(gè)時(shí)候直角最差，比另外兩種高出1.4dB，圓弧和45度很相近。但是不管是哪一種拐彎方式，到了20GHz的時(shí)候，遠(yuǎn)端模態(tài)轉(zhuǎn)換達(dá)到了-5dB，在28Gbps/56Gbps的高速串行總線中要對(duì)這種拐彎進(jìn)行補(bǔ)償。

五、補(bǔ)償拐角帶來的遠(yuǎn)端模態(tài)轉(zhuǎn)換的一種方式就是用另外一個(gè)轉(zhuǎn)向相反的拐彎來使得走線成一個(gè)中心對(duì)稱的形式。如下圖其中x=250mil，另外兩種拐角也做同樣的補(bǔ)償：

1、差模插損S[D1,D2]

2、模態(tài)轉(zhuǎn)換

以上總結(jié)：1、補(bǔ)償之后的差模插損45度拐角在所有頻段都要略微比圓弧的好，90度最差；

2、補(bǔ)償之后的遠(yuǎn)端模態(tài)轉(zhuǎn)換達(dá)到了-16dB@20GHz，直角只比另外兩種稍微差一點(diǎn)。但是無論如何補(bǔ)償都不能降到很低以下了。這主要是因?yàn)橐坏┰斐赡B(tài)轉(zhuǎn)換，共模信號(hào)的傳播速度比差模要慢，相位可以補(bǔ)償，但是傳播速度用簡(jiǎn)單的走線幾何結(jié)構(gòu)補(bǔ)償不了。如果兩種模態(tài)的信號(hào)傳播速度相同(內(nèi)部strip line)，那么情況要好很多了。

如果讓x=1000mil呢？

這個(gè)時(shí)候遠(yuǎn)端模態(tài)轉(zhuǎn)換突然達(dá)到了-8dB，這已經(jīng)很大了。說明如果因?yàn)樽呔€造成差分線失配，必須盡快補(bǔ)償回來，x值越小，補(bǔ)償?shù)男Ч胶?。但是有的時(shí)候因?yàn)樽呔€方向原因，只有一個(gè)拐角，這個(gè)時(shí)候可以做如下圖的處理，在內(nèi)側(cè)繞蛇形線，快速將適配的補(bǔ)償回來。

審核編輯 黃宇