针对不同叠层进行调整

Versal 自适应 SoC PCB 设计 用户指南 (UG863)

Document ID
UG863
Release Date
2023-09-14
Revision
1.7 简体中文

本章中所示走线宽度、间隔、长度和偏差约束均基于 参考材料规格 中列出的参考 PCB 材料。不使用这些特定参数时,走线宽度、长度、层高、间隔和电介质材质可能需要调整才能满足阻抗、长度和偏差规格的要求。

PCB 制造车间可以调整这些因子以实现期望的阻抗和传输延迟目标。本节中列出了上述每个项的影响。此外,二维场求解器实用工具支持对各种组合进行测试。

电介质材质

每种电介质材质都有其自己的相对介电常量 (DK) 和损耗因子/损耗角正切 (DF) 作为线路阻抗 (Z0)、信号传输延迟 (TPD) 和信号损耗 (α) 的影响因素。随着 DK 增大,阻抗降低,而信号传输延迟和信号损耗则增加,反之亦然。PCB 上常见的 DK 介于 3.4 到 4.6 的范围之间。给定电介质材质中的传输延迟为常量,不受任何其他开发板参数(例如,层高、导体宽度或导体间隔)的影响。传输延迟则受到频率的影响,但对于典型存储器速度的影响很小。信号损耗同样受到频率的影响,损耗随频率增大而增大。

下面的公式显示了传输延迟 (TPD) 的计算方式,其中使用 DK 作为电介质常量,c 为自由空间中的光速(2.998 x 108 m/s 或 1.180 x 1010 in/s)。

图 1. 传输延迟计算

下表中的关联显示了电介质常量 (DK) 对阻抗 (Z0)、传输延迟 (TPD) 和信号损耗 (α) 的影响。

表 1. DK 与阻抗、传输延迟和信号损耗的关系
DK Z0 TPD α ↑
DK Z0 TPD α ↓

走线宽度

随着走线宽度 (W) 增加,阻抗降低,而信号传输延迟保持不变,反之亦然。任何宽度调整都应包含间隔 (S) 调整以保持免受串扰效应影响。根据存储器和信号的特定类型,间隔因子约为 1.0 倍到 3 倍。下表中的关联显示了宽度对阻抗、间隔和传输延迟的影响。

表 2. 走线宽度与阻抗、所需间隔和传输延迟的关系
W ↑ Z0 S ↑ TPD(不变)
W ↓ Z0 S ↓ TPD(不变)

层高

随着层高 (H) 增大,阻抗增大,而信号传输延迟保持不变,反之亦然。减小或增大层高时,请谨记,层高过低可能比以可靠方式制造的开销更大,因为 PCB 制造商必须避免开发板缺陷。层高过高可能导致宽高比违例。下表中的关联显示了层高对阻抗和传输延迟的影响。

表 3. 层高与阻抗和传输延迟的关系
H ↑ Z0 TPD(不变)
H ↓ Z0 TPD(不变)

基本铜厚

随着导线的基本铜厚(铜盎司)增大,阻抗减小,而信号传输延迟保持不变,反之亦然。PCB 中最常用的基本铜厚为 0.5,称为半盎司铜。更改基本铜厚的影响很小,但由于可能导致成本增加,而回报较小,因此不建议更改。

调整设计参数以达成阻抗目标的示例

下表显示了 L1 PCB 主区域内带状线阻抗目标值为 45Ω。走线宽度 (W) 指定为 7.0 mil,DK 为 3.71,高度为 6.7 mil。该表还显示了达成阻抗目标所需的电介质常量、走线宽度 (W) 和高度 (H)。间隔 (S) 显示了为持续满足性能要求所需的更改,但间隔并非影响线路阻抗的因素。提高 DK 时,信号损耗也会增加,如表中所示。

表 4. 调整 PCB 参数以达成阻抗目标的示例
目标 ([Z0] Ω) 材质 DK W (mil) S (mil) H (mil) 相对参考值的变化
45 Megtron 6 3.71 7.0 - 6.7 参考
45 Megtron 6 3.71 7.5 ↑ 7.15 ↑ DK 相同,宽度更宽,高度更高
45 Megtron 6 3.4 ↓ 7.0 - 6.27 ↓ DK 较低,宽度相同,高度较低
45 Megtron 6 3.4 ↓ 7.5 ↑ 6.7 DK 较低,宽度更宽,高度相同