深入剖析：常说的3H原则在PCB设计中的应用
宣布时间：2024-07-15 15:20:04
高速先天生员–黄刚
每一位刚进入PCB行业的同砚，，，， ，，基本上头几个接触到的设计履历就一定少不了“3H”原则。。。。。。。虽然各人也都知道，，，， ，，这个原则是为了传输线之间的串扰改善而建设的划定，，，， ，，那就是要求传输线中心到中心的距离知足至少3H的值（也就是空气间距gap大于2H），，，， ，，其中H是传输线到参考平面的距离，，，， ，，着实也就相当于是上下层PP或者CORE的厚度了，，，， ，，就似乎下面的样子。。。。。。。
虽然PCB设计工程师自己只会对物理规则认真，，，， ，，差池电气规则认真。。。。。。。也就是说，，，， ，，SI工程师定下来“3H”原则后，，，， ，，PCB工程师通过叠层文件知道了H的数值后，，，， ，，然后在组内的高速差分线应用上去就好了。。。。。。�？？？？？？？？占渲饕闹�“3H”，，，， ，，空间不主要的拉开到“5H”，，，， ，，甚至是惊人的“7H”！总之，，，， ，，PCB工程师只管在PCB国界上实现就完事了。。。。。。。
这不有一天，，，， ，，公司内一群勤学的PCB工程师同事找到了Chris，，，， ，，想知道究竟“3H”原则是不是就一定能让高速信号之间的串扰变得很小了，，，， ，，有没有须要做成“5H”甚至“7H”，，，， ，，总之就是，，，， ，，他们想让Chris把物理规则量化成电气规则。。。。。。。面临同事的“软磨硬泡”，，，， ，，行呗，，，， ，，那就以他们手头上的这个25Gbps的高速项目为例给他们说道说道。。。。。。。
Chris先翻开他们设计文件的叠层，，，， ，，高速线走了许多个内层，，，， ，，结构线宽都相同。。。。。。。以L5层高速线为例，，，， ，，上面的core厚度是4mil，，，， ，，下面的PP也差未几4mil。。。。。。。然后凭证100欧姆阻抗控制的话，，，， ，，线宽为4.5mil，，，， ，，线间距为7.5mil，，，， ，，如下所示：
那我们把L5层的走线提取到3D模子中去，，，， ，，通过仿真来验证所谓的“3H”原则。。。。。。。模子就是下面这样了。。。。。。。
那首先我们看看只有一对走线的情形下，，，， ，，去仿真它的电磁场特征，，，， ，，效果如下：
可以看到，，，， ，，电磁场的规模基本上就在差分线中心往左边或者右边3H的距离，，，， ，，H是4mil。。。。。。。再远的地方着实就没太多电磁场漫衍了。。。。。。。从参考地平面的角度去看也是类似的结论，，，， ，，如下所示，，，， ，，也照旧基本集中在3H的规模。。。。。。。
虽然若是把另外一对做到3H原则的差分线一起放进来看，，，， ，，也能有同样的结论，，，， ，，左边这对攻击线的电磁场着实还没波及到右边这对受害线上面去。。。。。。。既然电磁场没波及已往，，，， ，，也就说明着实串扰能量也不会许多的转达已往。。。。。。。
Chris从电磁场的角度给设计的同事去剖析，，，， ，，他们简直是有一种get到新知识的新鲜感，，，， ，，并且这个场的仿真效果也较量形象，，，， ，，能直观的看到“3H”设计原则的效果，，，， ，，他们看到都纷纷体现。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。赞！
虽然，，，， ，，场的仿真效果着实也照旧个定性的效果了，，，， ，，可能给PCB设计的同事看较量直观，，，， ，，可是并没有起到一个量化的效果。。。。。。。若是要量化详细指标的话，，，， ，，还得回到古板的S参数仿真要领，，，， ，，也就是直接举行串扰的频域仿真。。。。。。。
Chris对模子赋上一定的扫描变量，，，， ，，看看这两对差分线从最小的“2H”到“3H”再到“5H”（着实Chris还顺带偷偷仿真了“7H”哈）的情形下串扰详细数目的差别！以下就是“2H”、“3H”和“5H”三种case的仿真模子。。。。。。。
唰一下，，，， ，，差别差分线间距的串扰仿真效果都完成了，，，， ，，我们把效果放到一起来直观的比照，，，， ，，如下所示：可以看到，，，， ，，2H的情形下串扰就较量大了，，，， ，，只有不到35db，，，， ，，3H的话已经能做到50db，，，， ，，4H和3H着实差别就不大了，，，， ，，若是要往60db去做的话，，，， ，，就要抵达5H的距离，，，， ，，若是继续追求高指标的话，，，， ，，7H可能是你们喜欢的设计哈！
虽然关于25Gbps信号来说，，，， ，，编码方法是NRZ编码，，，， ，，着实3H是够用的了。。。。。。。若是在同样基频下要跑到56Gbps-PAM4的话，，，， ，，可能需要往5H做，，，， ，，由于PAM4的串扰的要求照旧较量高的。。。。。。。横竖需要做到几多间距，，，， ，，一个是看你们的产品的速率来定，，，， ，，另外就是看设计工程师能不可做到了哈。。。。。。。
当Chris把这个量化的S参数效果做出来准备再给设计部的同事展示的时间，，，， ，，发明他们早就跑光了，，，， ，，所有回去继续做他们的设计去了，，，， ，，关于设计工程师来说，，，， ，，知道原理和定性的看到电磁场的效果，，，， ，，他们着实已经知足了……
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