不按INTEL的“3W-2S”規(guī)則設(shè)計(jì)，出問題的概率有多大？
發(fā)布時(shí)間：2024-08-26 14:13
雖然Intel設(shè)計(jì)指導(dǎo)書上的“3W-2S”法則已經(jīng)深入廣大PCB設(shè)計(jì)工程師的心了，但是高速先生今天就是要“杠”一下，看看不按這個(gè)法則來設(shè)計(jì)，信號(hào)質(zhì)量會(huì)不會(huì)就真的差到不行了？ 高速先生成員--黃剛
在行業(yè)內(nèi)，要是問PCB工程師的大多數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則是參考哪些公司的設(shè)計(jì)指導(dǎo)的話，高速先生相信intel的設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一定會(huì)榜上有名！事實(shí)上，從高速先生看到的業(yè)界主流芯片或平臺(tái)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中，intel的design guide，也簡(jiǎn)稱PDG一定是各位PCB工程師們的“童年噩夢(mèng)”，那長(zhǎng)達(dá)上千頁(yè)的內(nèi)容，而且都還是全英文的，大家掌握起來的難度不可謂不大。
不過有一說一，雖然很難讀，但是它的設(shè)計(jì)指導(dǎo)參考意義還是非常大的，里面記載著很多PCB工程師使用的設(shè)計(jì)技巧和方法，使得工程師們?cè)诓挥镁邆浞抡婺芰Φ那闆r下也能把設(shè)計(jì)做得很好。當(dāng)然，正因?yàn)檫@樣，行業(yè)內(nèi)就慢慢有了一定要遵守intel設(shè)計(jì)規(guī)則的傳說了！
在其中上千頁(yè)內(nèi)容當(dāng)中，這一條設(shè)計(jì)規(guī)則相信大家也倒背如流了，那就是俗稱的差分線對(duì)內(nèi)等長(zhǎng)下的“3W-2S規(guī)則”。
是什么意思呢？它說的是在高速差分線對(duì)內(nèi)去做等長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，短的那根線進(jìn)行繞線補(bǔ)償時(shí)補(bǔ)償?shù)母叨群蛯挾鹊募s束，3W只是兩個(gè)繞包的距離為3倍的線寬W，2S是指繞包最遠(yuǎn)的位置與另外一根線距離不大于2倍的差分線對(duì)內(nèi)間距S。這樣說大家應(yīng)該就很清楚了吧？
當(dāng)然本來Chris這周打算歇息下，不更新文章了，畢竟也想著讓大家好好消化之前的文章，重質(zhì)量不重?cái)?shù)量嘛（額，其實(shí)主要是項(xiàng)目比較忙）。但是上海分部的設(shè)計(jì)達(dá)人強(qiáng)哥一條微信懟過來給Chris，內(nèi)容大概就這個(gè)樣子的。
這個(gè)是上海的一個(gè)我們比較重要的客戶的疑問，Chris在略微思考下，雖然心理已經(jīng)有了大概的答案，但是的確也是沒有具體仿真的證明，于是Chris靈機(jī)一動(dòng)，就回復(fù)到。。。
嗯，對(duì)！就是這個(gè)緣由，所以大家今天就能看到這篇文章了。說干就干，于是強(qiáng)哥根據(jù)它之前設(shè)計(jì)的習(xí)慣，大概做了幾組case來讓Chris仿真對(duì)比，如下所示：
當(dāng)然不補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)是作為讓大家直觀感受下差距，另外在intel的規(guī)則“3W-2S”的旁邊還做了兩種不同的對(duì)比case，分別是“2W-2S”和“4W-2S”，Chris想仿真驗(yàn)證下不按intel要求的“3W-2S”設(shè)計(jì)的話，其他兩種case的性能差距有多大！
唰的一聲，仿真的結(jié)果就出來了。那按照慣例還是先看無源再看有源哈，從無源的插損指標(biāo)來看，我們能發(fā)現(xiàn)兩個(gè)點(diǎn)：
1，不補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)真差的很多（這還用說嘛?。?；
2，“2W-2S”、“3W-2S”和“4W-2S”的插損表現(xiàn)，額，不知道你們能不能分出來明顯差距，反正Chris感覺分不出來哈！如果硬要放大看的話，的確是能看到“3W-2S”在15GHz以前（對(duì)應(yīng)差不多25Gbps速率的信號(hào)吧）的波動(dòng)相對(duì)小一點(diǎn)。
當(dāng)然Chris會(huì)讓大家看到為什么不同“W”之間對(duì)插損的波動(dòng)程度略有區(qū)別，我們來看看幾個(gè)case的TDR阻抗的對(duì)比圖，從阻抗對(duì)比可以看到，不同的“W”會(huì)導(dǎo)致阻抗不等長(zhǎng)（繞線區(qū)域的阻抗會(huì)增加）的長(zhǎng)度不同，所以能看到波動(dòng)的程度不一樣。
看到這個(gè)TDR阻抗圖，很多人就會(huì)問了，那不是“2W-2S”的阻抗波動(dòng)長(zhǎng)度越短嗎，那為什么不應(yīng)該是它的效果最好，為什么intel要推“3W-2S”呢？
這個(gè)問題問得好！這其實(shí)跟我們?yōu)槭裁床贿x不補(bǔ)償?shù)倪@個(gè)case是同一個(gè)道理，我們從幾個(gè)case的模態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)果來看，從模態(tài)結(jié)果來看你們就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：當(dāng)然不補(bǔ)償?shù)哪B(tài)肯定很差了，但是從“2W”到“4W”的對(duì)比中，你們會(huì)驚訝的發(fā)現(xiàn)，最好的反而是“4W”。這就說明了兩個(gè)繞包的距離比較近的時(shí)候，這跟走線本身也會(huì)耦合，導(dǎo)致時(shí)序的微微變化，距離越遠(yuǎn)，耦合度越差，這樣時(shí)序反而相對(duì)較好。
從TDR阻抗和模態(tài)兩個(gè)相矛盾的無源維度來分析，可能intel推薦的“3W-2S”就在兩者中找到一個(gè)平衡吧！
OK，最后我們?cè)賮韺?duì)比下大家更為熟悉的眼圖的結(jié)果。我們分別在這4個(gè)case的走線中去跑25Gbps速率的碼型，從眼圖的結(jié)果也能看到這一點(diǎn)。不補(bǔ)償眼圖明顯差很多這個(gè)不用懷疑，三種不同“W”之間的差異其實(shí)都不大，哪怕是“3W-2S”的結(jié)果是最好的，但是和其他兩種“W”的差異也很小很小。
最后總結(jié)下哈，當(dāng)然intel推薦的“3W-2S”原則首先的確在一定速率的高速信號(hào)設(shè)計(jì)中效果還是很好的，但是Chris想說的話，也沒必要把它神化到一個(gè)非常非常非常高的高度哈，在不同的設(shè)計(jì)場(chǎng)景中，例如板子的密度不同，沒法嚴(yán)格的遵守“3W-2S”的情況下，稍微變點(diǎn)“W”的大小或者是“S”的大小也不是一定會(huì)很影響信號(hào)質(zhì)量，很多情況下，他們的差異都比intel粉絲們的想象中要??！最后，希望讓Chris寫這篇文章的客戶包括其他也有同樣疑問的朋友們都能順利刷到這篇文章吧！
問題：大家設(shè)計(jì)中一般都遵守怎么樣的設(shè)計(jì)規(guī)則去做差分對(duì)內(nèi)等長(zhǎng)呢，具體談?wù)勀銈兊脑O(shè)計(jì)方法？
