深入剖析：常说的3H原则在PCB设计中的应用

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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

“3H”这个设计履历我们一直在赞美，究竟它在详细PCB设计项目中究竟效果怎么样呢？话未几说，本期文章从理论到现实给各人周全剖析，揭开它那神秘的面纱！

#串扰#仿真#高速#电磁场#阻抗#叠层

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恪�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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