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硬件工程师经验日记:MIPI线 & PCB布线的技巧

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发表于 2022-4-20 14:15:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 嘉立创EDA开源硬件 于 2022-4-21 14:27 编辑

技术干货,是老工程师花了很多年的时间,在一次次的实践中总结下来的。
说是省下新手约(严谨)365天的试错时间,不过分吧
下文顺序:MIPI信号走线相关要求、各类信号布线注意事项

MIPI信号走线相关要求
MIPI总线在目前的移动设备手机/平板的LCD或者Camera应用的十分广泛。

以下是MIPI信号走线规则一些Checklist
1.阻抗要求:
MIPI的差分线阻抗控制标准是100Ω;
误差不能大于±10%;
走线避免直角,以免产生反射,影响高速传输性能;
2.参考层:
MIPI信号线下方一定要有参考层(推荐用地层),且一定要保证参考层的连续性。
即:在MIPI信号线下方的参考层不能被分割或有间隙,不能被其它走线截断
最好是有一整片的地层,如果做不到,至少要保证MIPI信号线下方的参考层比MIPI信号层每边要宽4W以上(W即MIPI信号线走线宽度);
3.等长:
MIPI线对之间的长度误差要控制在10mil以内(严格控制等长误差在5mil以内)。
线对与线对之间的长度误差控制在100mil以内;
等长是为了保证两个差分信号能同时到达接收端。
在做等长时,要注意对称性,绕蛇形线时不能太密集,应为4W,等长尽量在焊盘附近解决,以倒角形式来走线,不能随意改变线宽和线距;
4.对称性:
MIPI线始终保持等长和等距。
对称是为了保证走线阻抗一致,减少反射。对称性不好会使信号失真,导致不稳定或无图;
5.等距:
在MIPI走线时,一般要保证DP/DN在走线的过程中保持等距,保证一定的耦合程度,在走线时,线对之间要保持2W的距离;
6.远离干扰:
MIPI线对之间要保持至少2W以上的间距,MIPI信号线应远离其它高速、高频信号(并行数据线、时钟线等),至少保持3W以上的距离且绝不能平行走线。
对开关电源这一类的干扰源更应远离。
7.过孔:
MIPI信号线尽量不要打过孔,如有过孔则线对上的两根线都要有(保持对称性),信号线换层后参考层也要在靠近信号线的过孔处打孔换层。
MIPI差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长,其它的规则都可以根据设计要求和实际应用灵活处理。


各类信号布线注意事项
1.差分信号
高速串行总线的普及,使得单板上差分信号越来越多,对高速差分信号的处理主要有以下布线要求:
  • 各类差分线的阻抗要求是不同的,根据设计要求,通过阻抗计算软件计算出差分阻抗和对应的线宽间距,并设置到约束管理器
  • 差分线通过互相耦合来减少共模干扰,在条件许可的情况下要尽可能平行布线,两根线中线不能有过孔或其他信号。
  • 差分对需要严格控制相位,所以对内需要严格控制等长。
  • 为减少损耗,高速差分线换层时可以在换层孔的附近添加过孔

2.高速总线
DDR FSB等高速总线的共同特征就是一般都分为数据、地址、时钟、控制、命令等不同种类的信号,并且有相应的时序操作关系。
在布线的时候需要考虑对这些种类进行区分,并了解时序要求进行等长控制。
对高速总线的处理主要体现在以下几点:
1.阻抗控制:
各类总线的阻抗要求略有不同,可以根据设计要求,通过阻抗计算软件来计算出相应的阻抗设计方案。
2.同组同层:
同一组信号需要走在一起,条件允许的情况下,尽量走在同一层,这样使得同一组信号的周围环境也会比较相似,包括过孔的长度和过孔的STUB也是一致的,在控制时序的时候也相对比较容易些。
同时同组同层也是串扰控制的需要。
3.时序等长:
按照时序要求做等长控制。

3.时钟线
时钟的处理方法也是在PCB布线时需要特别重视的。
有经验的设计工程师会在一开始就理清时钟线,明确各种时钟之间的关系,布线的时候就能处理得更好。
并且时钟信号也经常是EMC设计的难点,需要过EMC测试指标的项目要尤其注意。
时钟线除了常规的阻抗控制和等长要求外,还需要注意以下问题:
  • 时钟线尽量选择优选布线层。
  • 时钟信号尽量不要跨份额,更不要沿着分割区布线。
  • 注意时钟信号与其他信号的间距,至少满足3W。
  • 有EMC要求的设计,较长的时钟线尽量选择内层布线。
  • 注意时钟信号的端接匹配




4.模拟信号
模拟信号的主要特点是抗干扰性差,布线时主要考虑对模拟信号的保护。
对模拟信号的处理主要体现在以下几点:
  • 为增加其抗干扰能力,走线要尽量短。
  • 部分模拟信号可以放弃阻抗要求,走线可以适当加粗。
  • 限定布线区域,尽量在模拟区域内完成布线,远离数字信号。


5.接口信号
常见的接口有RJ-45、USB、HDMI等,有高速的也有低速的,在此举一个最常见的接口,网口的处理方式。
在布线方面除了需要遵循高速差分的布线原则外还需要注意:
  • RJ-45本身接机壳地(保护地PGND),此地平面要从变压器下面开始与单板内部数字地隔离,变压器中间对应的所有层建议掏空。
  • 所有外来信号都不得在变压器下方布线,更不允许信号从初、次级中间穿过。


看到这里,我想你已经开始手痒痒了吧
如何?要不要马上打开嘉立创EDA尝试一波?。


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文章名称:PCB走线规则与各类信号布线注意事项
文章作者:攻城狮晨哲


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