蔣修國(guó) /文

編者注：對(duì)于PCB layout工程師而言，絕大數(shù)的時(shí)候都局限于長(zhǎng)度限制，等長(zhǎng)，包地，過(guò)孔數(shù)量等等，其實(shí)，很多時(shí)候這些都不是一成不變的，換個(gè)角度，會(huì)有不一樣的結(jié)果。

有一位微信好友問(wèn)我：他們的PCB板上的USB3.0布線長(zhǎng)度超標(biāo)了200mil，在他們的產(chǎn)品上有沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)？對(duì)于這類反手就給了一個(gè)回復(fù)：你猜?。?！當(dāng)然，這不太符合一位SI工程師的作風(fēng)，一般要回復(fù)他一句至理名言：It depends!

當(dāng)然，話是這么說(shuō)，其實(shí)這個(gè)問(wèn)題的根源在于很多工程師并沒(méi)有特別理解“傳輸線長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)范圍”的這一概念。

翻遍各類總線規(guī)范，基本找不出總線對(duì)長(zhǎng)度的定義，那么這些長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)又來(lái)自于哪里呢？當(dāng)然，大概歸納起來(lái)就兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是芯片設(shè)計(jì)手冊(cè)，所謂的designguide；另一個(gè)來(lái)源就是本公司（或者個(gè)人）的經(jīng)驗(yàn)。但是，不管是哪一種，都會(huì)在一些不相同的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，存在一些偏差。比如如下是兩個(gè)不同平臺(tái)的設(shè)計(jì)手冊(cè)針對(duì)PCIE3.0的要求：

顯然，平臺(tái)A最長(zhǎng)只能12inch，而平臺(tái)B的可以達(dá)到17inch。所以如果工程師把B平臺(tái)的規(guī)則放到A平臺(tái)上，這就會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)度超標(biāo)，最終有可能導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)失敗。而如果把A平臺(tái)的規(guī)則放置到B平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)置，雖然功能可能可以調(diào)試出來(lái)，但是如果非得要設(shè)計(jì)到17inch的長(zhǎng)度，就會(huì)導(dǎo)致成本增加。

回到開(kāi)始的那個(gè)問(wèn)題，之所以會(huì)那樣回答，就是因?yàn)樵谑裁炊疾磺宄那闆r下，只能像算八字一樣掰著手指算一算就猜。

那規(guī)范中這些長(zhǎng)度是如何給出來(lái)的呢？為什么每一個(gè)芯片平臺(tái)又不一樣呢？這其實(shí)就與每一顆芯片的驅(qū)動(dòng)能力有關(guān)。所以我們?cè)谝恍┛偩€規(guī)范中會(huì)看到有對(duì)總線的損耗有一個(gè)要求，在《ADS信號(hào)完整性仿真與實(shí)戰(zhàn)》一書(shū)中也有給大家介紹到這個(gè)問(wèn)題。如下圖所示：

規(guī)范中定義了這個(gè)損耗，在設(shè)計(jì)的時(shí)候產(chǎn)品的時(shí)候，就按照這規(guī)范以及實(shí)際電路的設(shè)計(jì)來(lái)確定PCB設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度等，這里要補(bǔ)充說(shuō)明下，損耗不僅僅與長(zhǎng)度有關(guān)系。這時(shí)就通過(guò)仿真能快速地獲得這個(gè)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度要求，從而得出設(shè)計(jì)的規(guī)則。

下面以HCB的要求為例，通過(guò)仿真來(lái)簡(jiǎn)單介紹下。在仿真工具（ADS）中建立一個(gè)仿真模型，如下圖所示，傳輸線的總長(zhǎng)度為1120mil，PCB材料的介質(zhì)損耗角為0.02：

仿真得到的結(jié)果如下圖所示，紅色的曲線為規(guī)范要求，藍(lán)色的曲線為傳輸仿真獲得的結(jié)果。

顯然，這時(shí)傳輸線的總長(zhǎng)度為1120mil是符合要求的。那當(dāng)長(zhǎng)度變?yōu)?750mil時(shí)，我們看看結(jié)果會(huì)變成什么樣呢？

仿真得到的結(jié)果如下圖所示，紅色的曲線為規(guī)范要求，藍(lán)色的曲線為傳輸仿真獲得的結(jié)果。

從上面這個(gè)結(jié)果可以看到，這個(gè)長(zhǎng)度的損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)范要求的數(shù)值。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品肯定是不符合設(shè)計(jì)要求的。所以到這里，可能很多工程師就會(huì)說(shuō)這個(gè)長(zhǎng)度太長(zhǎng)了，顯然不能滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)果真是這樣的嗎？如果把PCB材料的介質(zhì)損耗角變?yōu)?.01時(shí)，長(zhǎng)度還是為1750mil，如下圖所示：

仿真得到的結(jié)果如下圖所示，紅色的曲線為規(guī)范要求，藍(lán)色的曲線為傳輸仿真獲得的結(jié)果。

從以上結(jié)果我們可以看到顯然，即使長(zhǎng)度變長(zhǎng)了，只要改變PCB材料參數(shù)，結(jié)果同樣也是符合規(guī)范要求的。

綜上所述，在不同的條件下，不管傳輸線的長(zhǎng)度是1120mil還是1750mil，它們都有可能滿足規(guī)范或者設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求。所以我們不能單一地以某一長(zhǎng)度來(lái)作為設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，而是要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的情況來(lái)確定。通過(guò)對(duì)實(shí)際情況的了解，通過(guò)建模仿真，就可以打破一些設(shè)計(jì)規(guī)則的約束，從而獲得符合自己特定場(chǎng)景的應(yīng)用。

當(dāng)然，并不是所有的規(guī)范都有一個(gè)非常明確的損耗要求，如果沒(méi)有這個(gè)損耗要求的時(shí)候怎么辦呢？大家可以在留言區(qū)說(shuō)說(shuō)你們的看法，后續(xù)我會(huì)再與大家分享。

審核編輯：湯梓紅