mipi协议PCB设计指南

design_pcb · 发表于 2017-6-16 18:55:08

MIPI Layout 说明
前言：
随着新的总线协议不断提高信号速率，如今的PCB 设计人员需要充分理解高速布线的要求并控制PCB 走线的阻抗；对于MIPI 信号来说，PCB 走线不再是简单的连接，而是传输线。
MIPI 属于差分信号（Differential Signal），差分信号的优点在于更好的抗干扰性、更高的速率和更少的信号线连接。
关键词：
线对：指一组差分线，如CLK+和CLK- ， DN1+与DN1-
1 差分阻抗控制：
PCB 走线的关键参数之一是其特性阻抗（即波沿导线传送时电压与电流的比值）。PCB上导线的特性阻抗是衡量高速电路板设计的一个重要指标，高速信号走线的阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗必须一致。如阻抗偏差过大或不一致，会使其信号失真，造成不工作或不稳定；所以在高速线路板上的导线阻抗值应控制在某一范围之内，称为“阻抗控制”。
影响PCB 走线阻抗的因素主要有: 走线的宽度、走线之间的间距、导线厚度（铜厚）、绝缘介质的介电常数及厚度、是否有参考平面（地层或电源层）等。这些参数与设计和PCB制作本身都息息相关，所以不仅设计上要做到，在PCB 发包时也需要告诉PCB 厂家哪些是差分线，由厂家在制作时也进行控制。
MIPI 的差分线阻抗控制标准是100 欧姆，误差不能大于±10%。
1.1 PCB 叠层分析：
两层板上的MIPI 走线典型的叠层结构如下：

如上图，PCB 传输线通常由信号走线、一个或多个参考层和绝缘材质组成；
W1/W2 为差分线对走线的宽度，S 为差分线对走线之间的距离，T 为导线的厚度（铜厚），H1 为绝缘介质厚度，Er 为绝缘层的介电常数。
1.2 计算差分阻抗：
差分阻抗需要用仿真软件来计算（推荐软件：Polar Si9000V7.1），计算好后再依据计算结果来走线。以下是1.6mm 厚度两层板的差分线阻抗控制实例：
1、W1/W2=6.0mil，S=4mil，T=1OZ，H1=58mil，Er=4.3，其阻抗等于100.92 欧姆。
2、W1/W2=8.2mil，S=5mil，T=1OZ，H1=58mil，Er=4.3，其阻抗等于103.55 欧姆。
3、W1/W2=12mil，S=6mil，T=1OZ，H1=58mil，Er=4.3，其阻抗等于101.96 欧姆。
2 Layout 说明：
2.1 要求：
A、参考层： MIPI 信号线下方一定要有参考层（推荐用地层），且一定要保证参考层的连续性（即在MIPI 信号线下方的参考层不能被分割或有间隙，不能被其它走线截断），最好是有一整片的地层，如果做不到，至少要保证MIPI 信号线下方的参考层比MIPI 信号线每边要宽4W 以上（W 即MIPI 信号走线宽度）。参考层对走线阻抗会产生影响，仿真软件里的计算都是假设有一个参考层的
B、等长：MIPI 线对之间的长度误差是要控制在10mil 以内，线对与线对之间的长度误差控制在200mil 以内；等长是为了保证两个差分信号能同时到达接收端。否则会接收不到正确的数据
C、对称性：MIPI 线对要始终保持等长和等距（依照仿真结果）。对称是为了保证走线阻抗一致，减少反射。对称性不好会使信号失真，导致不稳定或无图
D、远离干扰：MIPI 线对之间要保持至少2W 以上的间距，MIPI 信号线应远离其它高速信号（如并行数据线，时钟线等），至少保持3W 以上的距离且绝不能平行走线。对开关电源这一类的干扰源更应远离
E、另外 MIPI 信号线尽量不要打过孔，如有过孔则线对上的两根线都要有（保持对称性），信号线换层后参考层也要也要靠近信号线的过孔打孔换层
F、MIPI 差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长，其它的规则都可以根据设计要求和实际应用进行灵活处理。
2.2 举例说明：
以下为MIPI 差分线走线要求和参考
a 、走线时，必须保证等长和对称性：

b 、做等长时蛇形线不应太密集，应保证在4X 线宽：

3 总结：
1、了解差分信号的阻抗，为 Layout 做好准备；
2、优先对关键信号/高速信号进行走线，尽量在Top 和Bottom 走线，划分好参考层，地线上多加地孔；
3、差分线对必须对称、等长、等距、平行，了解差分线对长度误差应小于10mil，差分线对之间的长度误差小于200mil；
4、做等长时，要注意对称性，绕蛇形线时不能太密集，应为4W，等长尽量在焊盘附件解决，以倒角形式来走线，不能随意改变线宽和线距；
5、避免直角走线，以免产生反射，影响高速传输性能。
4 仿真软件界面（Polar Si9000V7.1）

5 设计实例