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差分线拐弯的研究之1
2019-12-19 15:11:30

问题引出:在 PCB布线中有三种常用的拐弯方式:直角、双45度,圆弧(如下图)。哪一种拐弯方式更好呢?这个问题根据 经验比较容易回答,大多数会是圆弧>45>直角,但是经验性的 东西不能定量而且总是在一定范围内有效,只有通过全波电磁场求解器才能准确地研究这个问题。单端走线拐 弯不涉及到模态转化,因此以差分线为例。

差分线拐弯 时内侧和外侧的走线长度不一样,信号的延迟 也不一样,这是信号中部分差模成分转化为共模成分的主 要原因,然而拐弯处造成的阻抗不连续性也不能忽略,2.5D的电磁场求解器没有办法计算这部分效应。

一、叠层

为了研究以上结构,在3D电磁场求解器Simbeor中创建所需要的模型。选择常用的4层板,材料参数:阻焊DK=3.3LT=0.02PPDk=3.3LT=0.02core内芯DK=4.7LT=0.02叠层设置如下

二、结构

190度拐弯:

微带线线宽15mil,线距22mil,两根线的长度差是75mil

2、双45度拐弯

微带线线宽15mil,线距22mil,两根线的长度差63mil

3、圆弧拐弯

微带线线宽15mil,线距22mil,两根线的长度差59mil

三、仿真出结果

1、差模反射S[D1,D1]

2、差模插损S[D1,D2]

3、近端模态转换S[D1,C1]

 

4、远端模态转换S[D1,C2]

四、结论

1、在这种叠层设置下差模回损反而是45度拐角更好(不是圆弧),这可能在很多人意料之外,;

2、差模插损圆角拐弯更好,45度也差不到哪里去,90度更差(走线长度影响更大),设计的时候尽量避免90拐弯

3、近端模态转换,这个时候圆角更好,出人意料的是在10GHz之前的频段,直角居然比45度要好;

4、远端模态转换,这个时候直角更差,比另外两种高出1.4dB,圆弧和45度很相近。但是不管是哪一种拐弯方式在到了20GHz的时候,远端模态转换达到了-5dB,在28Gbps/56Gbps的高速串行总线中要对这种拐弯进行补偿。

 

五、补偿拐弯带来的远端模态转换的一种方式就是用另外一个转向相反的拐弯来使得走线成一个中心对称的形式。如下图其中x=250mil,另外两种拐弯也做同样的补偿:

1、差模插损S[D1,D2]

2、模态转换

 

以上总结:1、补偿之后的差模插损45度拐角在所有频段都要略微比圆弧的好,90度更差;

2、补偿之后的远端模态转换达到了-16dB@20GHz,直角只比另外两种稍微差一点。但是无论如何补偿都不能降到很低以下了。这主要是因为一当造成模态转换,共模信号的传播速度比差模要慢,相位可以补偿,但是传播速度用简单的走线几何结构补偿不了。如果两种模态的信号传播速度相同(内部strip line),那么情况要好很多了。

这个时候远端模态转换突然达到了-8dB,已经很大了。说明如果因为走线造成差分线失配,必须尽快补偿回来,x值越小,补偿的效果越好。但是有的时候因为走线方向原因,只有一个拐弯,这个时候可以做如下图的处理,在内侧绕蛇形线,快速将失配的补偿回来。

 

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