串擾控制的信號完整性設計

　　高速PCB設計規(guī)則通常分兩種：物理規(guī)則和電氣規(guī)則。所謂物理規(guī)則是指設計工程師指定基于物理尺寸的某些設計規(guī)則，比如線寬為4Mil，線與線之間的間距為4Mil，平行走線長度為4Mil等。而電氣規(guī)則是指有關電特性或者電性能方面的設計規(guī)則，如布線延時控制在1ns到2ns之間，某一個PCB線上的串擾總量小于70mV等等。

　　定義清楚了物理規(guī)則和電氣規(guī)則就可以進一步探討高速布線器。目前市場上基于物理規(guī)則（物理規(guī)則驅動）的高速布線器有AutoActive RE布線器、CCT布線器、BlazeRouter布線器和Router Editor布線器，實際上這些布線器都是物理規(guī)則驅動的自動布線器，也就是說這些布線器只能夠自動滿足設計工程師指定的物理尺寸方面的要求，而并不能夠直接受高速電氣規(guī)則所驅動。

　　電氣規(guī)則直接驅動的高速布線器對于確保高速設計信號完整性來說非常重要，設計工程師總是最先得到電氣規(guī)則而且設計規(guī)范也是電氣規(guī)則，換句話說我們的設計最終必須滿足的是電氣規(guī)則而不是物理規(guī)則，最終的物理設計實現滿足設計的電氣規(guī)則要求才是最本質的。物理規(guī)則僅僅是元器件廠商或者是設計工程師自己對電氣規(guī)則作的一種轉換，我們總是期望這種轉換是對等的，是一一對應的。而實際情況并非如此。

　　以采用LVDS芯片來完成高速率（高達777.76Mbps）、長距離（長達100M）的數據傳輸為例，由于LVDS技術的信號擺幅是350mV，那么通常的設計規(guī)范總是要求信號線上總的串擾值應該小于等于信號擺幅的20%，也就是串擾的總量最大為350mV×20%=70mV，這就是電氣規(guī)則，其中20%的百分比取決于LVDS的噪聲容限，可以從參考手冊上獲得。

　　對于IS_Synthesizer來說，設計工程師只要指定該LVDS信號線上的串擾值大小，布線時就能夠自動調整和細化來確保滿足電性能方面的要求，在布線過程中會自動考慮周圍所有信號線對該LVDS信號的影響。而對基于物理規(guī)則驅動的布線器來說，首先需要進行一些假想的分析和考慮，設計工程師總是認為信號之間的串擾僅僅取決于平行信號之間并行走線的長度，所以可以在高速電路設計的前端環(huán)境中做一些假想的分析，比如可以假定并行走線的長度是2.5mil，然后分析它們之間的串擾，這個值可能并不是70mV，但是可以根據得到的結論來進一步調整并行走線的長度，假如恰好當并行走線的長度是某一個確定的值如7mil時信號之間的串擾值基本上就是70mV，那么設計工程師就認為只要保證差分線對并行走線的長度控制在7mil范圍以內就能夠滿足這樣的電氣特性要求（信號串擾值控制在70mV以內），于是在實際的物理PCB布局布線時設計工程師就得到了這樣一個高速PCB設計的物理規(guī)則，常規(guī)的高速布線器都可以確保滿足這種物理尺寸方面的要求。

　　這里會存在兩個問題：首先，規(guī)則的轉換并不等同，首先信號之間的串擾并非唯一由并行信號之間走線的長度來決定，還取決于信號的流向、并行線段所處的位置，以及有無匹配等多種因素，而這些因素可能很難預料，甚至不可能在實際的物理實現之前充分地進行考慮。所以經過這樣的轉換之后，并不能夠確保在滿足這些物理規(guī)則的情況下，同時能夠滿足原始的電氣規(guī)則。這也是為什么上述的這些高速布線器在滿足規(guī)則的情況下，PCB系統仍然不能正常工作的很重要的一個原因。其次，在這些規(guī)則轉換時幾乎不可能同時考慮多方面的影響，如在考慮信號串擾時很難同時考慮到周圍所有相關信號線的影響。這兩方面的情況就決定了基于物理規(guī)則的高速布線器在高速、高復雜度的PCB系統設計中將存在很大的問題，而真正基于電氣規(guī)則驅動的高速PCB布線器就較好地解決了這方面的問題。

　　本文小結

　　高速PCB板級、系統級設計是一個復雜的過程，包括信號串擾在內的信號完整性問題帶來設計觀念、設計思路、設計流程以及設計手段的變革。確保在高速系統設計中迅速發(fā)現問題、解決問題，并且指導在新的設計中預防問題的出現已經成為今天高速系統設計的主流。