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管理互連密度和信號噪聲
經(jīng)驗豐富的PCB設計人員，那么您將了解“ 3W”規(guī)則，該規(guī)則規(guī)定走線之間的間距應始終至少為每條走線寬度的3倍。這個過時的規(guī)則并沒有說明您的疊層或環(huán)路電感，但許多設計師仍然堅持使用此規(guī)則。隨著HDI板被推向更小的尺寸和更高的密度，例如在具有6 mil跡線的基帶芯片中，跡線之間的串擾和互連噪聲耦合的強度將取決于它們之間的間距。這意味著您需要一種方法，以根據(jù)互連密度快速評估電路板中的串擾和EMI磁化率。
在設計PCB時，需要執(zhí)行這些仿真并分析布局后的情況。換句話說，原理圖編輯器無法考慮走線和組件的物理布局，因此不能用于模擬與堆棧，走線大小或走線密度有關的任何事情。原理圖編輯器中的電路仿真器仍然在電路仿真中占有一席之地，但是管理互連密度需要直接從布局數(shù)據(jù)確定噪聲耦合。
電路板將需要平衡許多不同的幾何要求，以防止單端和差分走線之間發(fā)生串擾。高密度板上的困難僅是因為當您靠近走線時，走線發(fā)出的電磁場會更強。寬帶信號的低頻部分將（通過磁場）感應耦合到附近的跡線，而寬帶信號的高頻部分（通過電場）將感應耦合到附近的跡線。
相聲
在管理互連密度時，您需要考慮不同類型的信號如何相互耦合。單端和差分對以各種方式與其他類型的走線耦合，下表顯示了信號完整性仿真所期望的結果摘要。請注意，在單端→差分對串擾結果中，共模噪聲或差分模式噪聲的存在取決于受害差分對（S）中走線之間的間隔值以及該對離地線對的高度（ H）。
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攻擊者信號類型 |
受害者信號類型 |
串擾特性 |
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單端 |
單端 |
單端FEXT和NEXT隨著間距增大而變?nèi)酢＿@是3W規(guī)則的由來。 |
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差分對 |
串擾在很小和很大的間距下均以共模噪聲為主，而差模噪聲則以中頻間隔（當S / H = 0.5時）為主。 |
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差分對 |
單端 |
單端FEXT和NEXT隨著間距增大而變?nèi)酢?/span> |
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差分對 |
當S很小時，串擾最大，隨著S的增加，串擾消失。 |
在上表中，我們假設所有單端走線和差分對都位于同一層上（即，沒有寬邊耦合）。這是在大多數(shù)布局中需要模擬的常見情況。較寬的差分對是較不常見的布置，當并排放置時，它們會產(chǎn)生強烈的串擾。在所有情況下，差分對之間的串擾將比可比的單端走線之間的串擾弱，并且隨著分離距離的增加，串擾強度將變?nèi)酢?/span>
由于市售數(shù)字電路的上升時間，在大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)中，鑒于相關信號上升時間，您的走線電感將主導串擾。但是，每個人都應該期望信號上升時間會繼續(xù)下降，以適應更高數(shù)據(jù)速率的通道（例如800G和更高的SerDes），這可能會將有用的信號帶寬推近100 GHz。有時，系統(tǒng)中需要考慮電容性串擾和電感性串擾。
量化EMI
相同的幾何約束也將影響電路板對外部EMI的敏感性。電路板上信號走線的電感決定了它們對外部EMI的敏感性。電感耦合EMI產(chǎn)生于外部源的磁場，該磁場可能是寬帶信號。外部EMI源（例如系統(tǒng)中的另一塊板）會在不連續(xù)的峰值處強烈發(fā)射。隔離不良的時鐘和高電流開關電源就是最好的例子。
EMI耦合為電路板中單端和差分網(wǎng)絡上的共模噪聲。耦合到走線中的噪聲然后可以通過線性或非線性分量傳播，然后可以以更高的諧波生成噪聲。感應噪聲和信號完整性之間的復雜反饋可能很難方便地模擬。但是，您的目標應該是通過最小化電路板上關鍵網(wǎng)絡中的環(huán)路電感來最小化EMI。
模擬EMI和串擾與互連密度
您可以在完成布局之前或之后創(chuàng)建串擾模擬。我認為，最好在PCB上創(chuàng)建一個只有兩個驅動器和一個接收器的測試板，其中有兩個互連。如果并排走線，則可以使用Sigrity中的仿真工具來計算互連之間的串擾。然后，您可以更改走線之間的距離，走線的寬度以及層堆棧，以確定每個參數(shù)如何影響串擾強度。
從仿真中生成理想波形后，就可以繼續(xù)進行電路板布線了。一旦完成了PCB布局，就可以在關鍵網(wǎng)絡上進行另一輪仿真來完成電路板。兩種情況的目的都是為單端和差分網(wǎng)絡確定合適的走線密度。在第一輪驗證仿真中確定適當?shù)拈g隙后，您可以將適當?shù)淖呔€間距和差分對間距設置為設計規(guī)則,將在布局PCB時遵循這些設計規(guī)則。
如果您可以準備如下圖所示的圖形，則在完成布局之前，您已經(jīng)做了很多艱苦的工作來防止串擾。在該圖中，使用了單個極限頻率（2 GHz），具有固定的層間隔和走線厚度。隨著回路電感的增加，增加層間距將使曲線沿圖形向上移動。
串擾與互連間距
在如此簡單的圖形中總結出EMI可能更加困難，因為您將看到的結果可能是復雜的頻率和幾何函數(shù)。但是，使用正確的仿真工具，您可以檢查整個PCB的EMI敏感性和串擾強度。
創(chuàng)建互連信號噪聲模擬
當您進入Allegro Sigrity時，可以從Allegro Sigrity SI主窗口中的Analysis Workflows選項卡訪問串擾模擬。下面顯示的一組差分對是串擾仿真的主要候選對象。首先，您需要在設置模擬時按名稱選擇網(wǎng)絡。
將您的電路板置于Sigrity中，以進行互連信號噪聲仿真
在分析中設置的另一個重要點是將包含在分析中的每個網(wǎng)絡周圍的區(qū)域。如果單擊“分析工作流程”選項卡中的“分析選項”條目，則可以使用GeoWindow選項設置每個跡線周圍的模擬區(qū)域的大小。
定義設置后，該工具將返回與設計規(guī)則進行比較的結果。結果以顏色編碼并按降序排列。盡管它們是用顏色編碼的，但您也可以看到一個數(shù)值結果，以便可以比較由于互連信號噪聲引起的峰值過壓/欠壓，并將其與信令標準進行比較。
LVDS組件在接收器上看到的互連信號噪聲耦合（串擾）仿真結果（接收器需要3.3 V差分電壓）
當我們專門查看LST_RESET網(wǎng)絡時，我們看到3條侵害者跡線，在該網(wǎng)絡上產(chǎn)生串擾
在受害跡線上互連信號噪聲圖
在該網(wǎng)絡中，解決方案是修改受害者跡線和攻擊者跡線之間的間隔。由于產(chǎn)生此級別的互連信號噪聲涉及3條走線，因此難以確定最佳走線布置。將受害跡線移離一個攻擊者可能需要將其移近其他攻擊者之一。在這種情況下，您應該試驗不同的布置，然后重新運行仿真以確定最小化串擾的布置。
您可以在Allegro Sigrity SI的“分析工作流程”選項卡中訪問其他重要的模擬：
阻抗工作流程：檢查由于共模或差模驅動下的耦合而引起的阻抗不連續(xù)和沿走線的變化。
耦合工作流程：提取不同網(wǎng)絡之間的耦合系數(shù)，這將決定偶數(shù)和奇數(shù)模式阻抗。
反射工作流程：檢查由于較小的阻抗不匹配而引起的來自接收器的反射。
返回路徑工作流程：檢查單端網(wǎng)絡中信號的返回路徑。