PCB科技 - LVDS訊號在PCB設計中如何處理？

LVDS訊號不僅是差分訊號，而且是高速數位信號。 囙此，無論LVDS傳輸介質是使用PCB線路還是電纜，都必須採取措施防止訊號在介質終端反射，並應减少電磁干擾，以確保訊號的完整性。 只要我們在PCB佈局設計中考慮到上述因素，設計高速差分電路板就不是很困難。

LVDS訊號的設計要點與注意事項

1.鋪設成多層板。 具有LVDS訊號的電路板通常被佈置為多層板。 由於LVDS訊號是高速訊號，囙此相鄰層應該是接地層，以遮罩LVDS訊號以防止干擾。 對於低密度的板，當物理空間條件允許時，最好將LVDS訊號與其他訊號分開放置。 例如，在四層板中，層通常可以按以下管道佈置：LVDS訊號層、接地層、電源層和其他訊號層。

2.LVDS訊號阻抗的計算與控制。 LVDS訊號的電壓擺動僅為350mV，適用於電流驅動的差分訊號操作。 為了確保訊號在傳輸線中傳播時不受反射訊號的影響，LVDS訊號需要控制傳輸線阻抗，差分阻抗通常為100+/-10Ω。 阻抗控制的質量直接影響訊號的完整性和延遲。

儘管在PCB設計過程中通常遵循上述規則，但為了提高設計的正確性和準確性，必須對PCB進行完整的訊號類比，並且可以通過類比獲得訊號。 系統的串擾、延遲、反射和眼圖波形可以達到設計正確的目的。 信號完整性問題的模擬過程是首先建立組件的模擬模型，然後進行預模擬以確定佈線過程的參數和約束條件，根據物理實現階段的約束條件進行設計，最後進行後模擬以驗證設計是否符合設計要求。 模型在整個過程中的準確性直接影響類比結果，在類比前和類比後階段使用的類比分析方法對類比結果也至關重要，本設計中使用了高精度的spice模型。 以下是結合實際項目來說明本設計中類比的實施過程。

LVDS 訊號 板

1.PCB堆疊設定

從以上分析可知，PCB板的堆疊設定與訊號的耦合和阻抗計算密切相關。 囙此，在PCB設計之前必須進行堆疊設計，然後對訊號進行阻抗計算。 本設計中的層壓設計如下圖所示：

由於PCB密度高，該設計採用了10層層壓結構。 在合理佈置層壓板厚度後，通過快板計算，表面微帶線和內部帶狀線的差分線寬為6 ㏕  行距為6 ㏕,  理論計算阻抗值分別為100.1和98.8Ω。

2.設定直流電壓值

該步驟主要是指定特定網絡（通常為電源接地等）的直流電壓值，確定要施加到網絡的直流電壓，並進行EMI類比，需要確定一個或多個電壓源引脚。 這些電壓值包括模型在類比過程中使用的參攷電壓資訊。

3.設備設定

在allegro類比過程中，allegro將器件分為三類：IC、連接器和分立器件（電阻電容器等），allegro將根據器件類型、分立器件和連接器引脚為器件的引脚分配類比内容。内容為UPSPEC，IC的引脚内容可以為IN、OUT、BI等。

4.型號分配

板級高速PCB模擬過程中使用的主要模型是器件模型和傳輸線模型。 設備型號通常由設備製造商提供。 在高速串列訊號中，我們使用了更高精度的SPICE模型進行模擬分析。 輸電線路模型是通過模擬軟件建模形成的。 當訊號傳輸時，傳輸線會使信號完整性問題突出，囙此模擬軟件對傳輸線進行精確建模的能力直接影響模擬結果。

差分對線模型b：帶狀線c：微帶線和訊號路徑和返回路徑所在的傳輸線不可能是理想的導體，囙此它們都具有有限的電阻，電阻的大小由傳輸線的長度和截面積决定。

5.SI檢查

SI稽核功能用於檢查是否可以選取特定網絡或一組網絡進行分析。 一般情况下，我們需要注意的是設定高速網絡。本設計主要針對LVDS串列訊號。

6.選取網路拓撲

從PCB中選取感興趣訊號的拓撲結構，通常包括驅動端和接收端，以及傳輸線和相關的匹配電阻和電容。 從拓撲結構可以看出，網絡通過這些路徑，這將影響訊號傳輸。

7.查看波形

在設定了上述相關步驟之後，可以進行類比。 Allegro可以進行訊號反射類比和串擾類比，差分線也需要進行眼圖分析。 當然，類比也分為預類比和後類比。 當使用快板進行PCB設計時，有必要根據類比結果實时修改設計以滿足要求。

在差分對的接線中有兩點需要注意。 一個是這兩條線的長度應該盡可能長。 相等的長度是為了確保兩個差分訊號始終保持相反的極性，並减少共模分量。 另一個是兩條導線之間的距離（這個距離由差分阻抗决定）必須保持恒定，也就是說，必須保持平行。 有兩種平行的管道，一種是兩條導線並排在同一層上運行，另一種是這兩條導線在上下（上下）兩個相鄰的層上運行。 一般來說，前者有更多的並行實現。 等距離主要是為了確保兩者之間的差分阻抗相同，並减少反射。

從本文的分析可以看出，在高速串列訊號的設計中，不僅要考慮電路設計，電路板圖設計和模擬分析也同樣重要，而且隨著訊號的頻率越來越大，訊號的延遲和串擾也會受到影響。 諸如信號完整性和信號完整性之類的因素正變得越來越複雜。 與此同時，控制這些因素的影響變得越來越困難。 工程師必須深入分析佈線設計，依靠準確的模型、有效的類比和科學的分析方法，為複雜的高速設計提供正確的指導，减少校正週期，確保PCB設計成功。

以上簡要介紹了PCB設計中處理LVDS訊號的設計要點與LVDS訊號設計時必須注意的事項。