CN104333973A - 一种针对3w2s绕线补偿的阻抗优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，差分线包括正线（Positiveline）和负线（Negativeline），正线包括正线第一支线、正线第二支线、正线第三支线、正线第四支线，负线包括负线第一支线、负线第二支线。通过对正线和负线的支线宽度进行设计，解决了差分对本身正（Positive）和负（Negative）两根线走线长度不无对称的问题，即使走线具有长度差，也能使得正负线上同时传播的信号同时到达终端，即使2S走线空间的增大，也能保持差分对特性阻抗稳定，当3W2S绕线个数增多时，避免了因差分阻抗提高。

Description

一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计领域，尤其涉及一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法。

背景技术

在Server产品PCB设计开发时，由于结构限制或器件摆放位置原因，高速差分线在layout布线时，常会遇到差分对本身正(Positive)和负(Negative)两根线走线长度不无对称的问题。而由此引起的走线长度差，会使正负线上同时传播的信号无法同时到达终端。因而，会影响到高速信号的质量。比如：信号上升和下降时间的减缓，从而使信号Jitter抖动增大，引起信号误码率的提升。针对此问题，对于不等长的差分走线，通常会以3W2S（W为走线线宽，S为差分对内部正和负线之间的空间）绕线方式进行相位补偿，而这种补偿方式虽然能满足差分对本身正负线走线长度等长匹配，但由于2S走线空间的增大，势必会增大差分对特性阻抗，当3W2S绕线个数增多时，因差分阻抗提高，引起信号反射能量的增大。

发明内容

本发明的目的是通过仿真分析，提出一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，此方法不仅能满足差分线内部长度绕线补偿原则，同时可有效降低2S空间增大带来的阻抗匹配问题，可有效改善高速信号质量，提高产品的性能稳定性。

为达到上述目的，本发明一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，包括信号源、信号放大装置，输入信号线正电极、输入信号线负电极、输出信号线正电极、输出信号线负电极，信号放大装置包括输入的和输出端，输入信号正电极和输入信号负电极连接在信号放大装置的输入端口，输出信号正电极和输出信号负电极连接在信号放大装置的输出端，信号源到输入信号正电极之间的线路组成正线，信号源到输入信号负电极之间的线路组成负线。

在其中一个实施例中所述正线包括正线第一支线、正线第二支线、正线第三支线以及正线第四支线。                                   

在其中一个实施例中所述负线包括负线第一支线、负线第二支线。

在其中一个实施例中所述正线第一支线的一端连接信号源、正线第一支线的另一端连接正线第二支线，正线第二支线的一端连接到正线第一支线，正线第二支线的另一端连接到正线第三支线，正线第三支线的一端连接到正线第二支线，正线第三支线的另一端连接到正线第四支线，正线第四支线的一端连接到正线第三支线，正线第四支线的另一端连接到正线第一支线进行循环。  

在其中一个实施例中所述正线第一支线的个数大于或等于一个、所述正线第二支线的个数大于或等于一个、所述正线第三支线的个数大于或等于一个、所述正线第四支线的个数大于或等于一个。

在其中一个实施例中所述正线第一支线的线宽等与所述正线第二支线的线宽，所述正线第一支线的线宽等于所述正线第四支线的线宽，所述正线第三支线的线宽是正线第一支线的线宽的1-3倍。

在其中一个实施例中所述负线第一支线的一端连接信号源、负线第一支线的另一端连接负线第二支线，负线第二支线的另一端连接到负线第一支线进行循环。    

在其中一个实施例中所述负线第一支线的个数大于或等于一个、所述负线第二支线的个数大于或等于一个。

在其中一个实施例中所述负线第二支线的线宽是负线第一支线的线宽的1-3倍。

在其中一个实施例中所述所有的正线第一支线位于同一直线上、所有正线第三支线位于同一直线上、所有正线第二支线相互平行、所有正线第四支线相互平行。

在其中一个实施例中所述所有的负线第一支线位于同一直线上、所有负线第二支线位于同一直线上。

在其中一个实施例中所述正线第一支线所在的直线跟正线第三支线所在的直线相互平行。

在其中一个实施例中所述负线第一支线所在的直线跟负线第二支线所在的直线重合。

通过上述方案，本发明解决了差分对本身正(Positive)和负(Negative)两根线走线长度不无对称的问题，即使走线具有长度差，也能使得正负线上同时传播的信号同时到达终端，即使2S走线空间的增大，也能保持差分对特性阻抗稳定，当3W2S绕线个数增多时，避免了因差分阻抗提高。

附图说明

图1 是本发明部件引脚位置不同产生走线长度差异示意图。

图2是本发明差分线正负线不对称时信号上升沿波形图。

图3 是本发明业内常用3W2S绕线补偿方式示意图。

图4 是本发明差分线本身等长无需3W2S补偿。

图5 是本发明图4未作3W2S处理时差分特性阻抗曲线。

图6 是本发明差分线不等长进行3W2S补偿。

图7 是本发明图6进行3W2S处理时，差分特性阻抗曲线。

图8 是本发明原始3W2S绕线补偿方式。

图9 是本发明改进3W2S绕线补偿方式中各种支线示意图。

图10 是本发明改进3W2S绕线方式。

图11 是本发明图10改进3W2S绕线差分阻抗曲线。

图12 是本发明三种PCB设计方式仿真阻抗波形对比。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行说明。

在高速走线PCB设计时，由于部件本身引脚位置的不对称（如图1所示），将造成差分对正和负两根线走线长度存在差异，而此长度差异的增大会引起信号上升和下降时间的减缓，造成信号jitter抖动的增大及误码率的提升。当差分线正和负两根走线存在长度差异时，随着差异的增大，其信号上升时间将越大。

如下图2所示，表示两信号线之间走线长度差异产生的相位延迟由20%RT到2xRT（RT表示信号在芯片输出时的上升时间）时，其到底差分线末端时信号上升时间的变化。

因此，为降低差分线本身长度不匹配造成的信号质量降低，在PCB设计时将导入绕线补偿设计。如下图3所示，采用业内常用的3W2S方式进行绕线布线。然而，通过仿真验证发现此设计方式，虽满足差分走线长度匹配，但会引起差分阻抗局部提升，增大信号反射强度，如下仿真描述所示：

    若差分线本身正和负线走线长度匹配，未作3W2S绕线补偿时，其差分特性阻抗如下图4&5所示。

若差分线本身正和负线走线长度不匹配，进行3W2S绕线补偿时，其差分特性阻抗如下图6&7所示。

通过上述仿真分析验证，采用3W2S绕线补偿方式会使差分线本身局部走线阻抗提升，增大信号的反射强度。

本发明是针对此3W2S绕线补偿方式，提出一种改善其差分特性阻抗的设计方式。通过理论分析及仿真验证发现，当2S差分空间的增大，会引起阻抗的提升。若将2S耦合空间所对应部分的差分走线线宽增大，会使单端阻抗线降低，从而引起差分阻抗线整体降低。其设计原理图如下图8&9所示。

通过对图9改进3W2S绕线方式进行仿真分析，发现其绕线部分的差分特性阻抗有明显的改善，其分析波形如下图10&11所示：

    通过对上述差分走线进行3W2S绕线补偿(Case1)，改进3W2S绕线补偿(Case2)和差分本身走线等长，无需绕线补偿(Case3)三种方式进行仿真分析，其三种方案的仿真波形归纳如下图12所示。

从图12可知，采用改进3W2S绕线补偿方式，可以有效改善差分特性阻抗值，使其在满足差分相位补偿的同时，其差分阻抗值和未补偿时相同，有效改善高速信号质量。

结合layout实际绕线方式及仿真分析，提出了一种改善差分走线进行3W2S绕线补偿时，差分特性阻抗优化设计方法，此方法能在保证差分走线长度匹配时，进步改善由于绕线补偿带来的差分阻抗突变，有助于提升高速信号质量，增强产品的设计质量。

综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，包括信号源、信号放大装置，输入信号线正电极、输入信号线负电极、输出信号线正电极、输出信号线负电极，信号放大装置包括输入的和输出端，输入信号正电极和输入信号负电极连接在信号放大装置的输入端口，输出信号正电极和输出信号负电极连接在信号放大装置的输出端、其特征在于，信号源到输入信号正电极之间的线路组成正线，信号源到输入信号负电极之间的线路组成负线；所述正线包括正线第一支线、正线第二支线、正线第三支线以及正线第四支线；所述负线包括负线第一支线、负线第二支线。

2.根据权利要求1所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述正线第一支线的一端连接信号源、正线第一支线的另一端连接正线第二支线，正线第二支线的一端连接到正线第一支线，正线第二支线的另一端连接到正线第三支线，正线第三支线的一端连接到正线第二支线，正线第三支线的另一端连接到正线第四支线，正线第四支线的一端连接到正线第三支线，正线第四支线的另一端连接到正线第一支线进行循环。

3.根据权利要求1所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述正线第一支线的个数大于或等于一个、所述正线第二支线的个数大于或等于一个、所述正线第三支线的个数大于或等于一个、所述正线第四支线的个数大于或等于一个。

4.根据权利要求1所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述正线第一支线的线宽等与所述正线第二支线的线宽，所述正线第一支线的线宽等于所述正线第四支线的线宽，所述正线第三支线的线宽是正线第一支线的线宽的1-3倍。

5.根据权利要求2所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述负线第一支线的一端连接信号源、负线第一支线的另一端连接负线第二支线，负线第二支线的另一端连接到负线第一支线进行循环。

6.根据权利要求2所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述负线第一支线的个数大于或等于一个、所述负线第二支线的个数大于或等于一个。

7.根据权利要求2所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述负线第二支线的线宽是负线第一支线的线宽的1-3倍。

8.根据权利要求5所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述所有的正线第一支线位于同一直线上、所有正线第三支线位于同一直线上、所有正线第二支线相互平行、所有正线第四支线相互平行。

9.根据权利要求8所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述所有的负线第一支线位于同一直线上、所有负线第二支线位于同一直线上。

10.根据权利要求9所述一种针对3W2S绕线补偿的阻抗优化设计方法，其特征在于所述正线第一支线所在的直线跟正线第三支线所在的直线相互平行。