PCB LAYOUT高速信号走线指南_spi等长布线

 

目录

1、TF/SD走线要求

 2、HDMI走线要求

3、LVDS信号线走线要求

4、DVP信号走线要求

5、eDP信号走线要求

6、MIPI信号线走线要求

7、USB走线要求

8、MAC走线要求

9、BT.1120走线要求

10、FLASH（SPI FLASH / NAND FLASH /eMMC）走线要求

11、PCIE2.0，PCIE3.0走线要求

PCIE2.0：

PCIE3.0：

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1、TF/SD走线要求

TF card电路兼容SD2.0/3.0，模块供电为输出可调的VCC_SD，默认为3.3V供电。

当插入SD 2.0存储卡时，模块供电与TF卡供电均为 3.3V，TF卡正常工作。

当插入SD 3.0存储卡时，主控芯片识别其为SD 3.0存储卡，调节VCC_SD供电为1.8V，以满足高速卡信号要求；同时TF卡供电VCC_SD通过卡片内部LDO，生成1.8V为TF卡提供电源。

SD卡走线为单端线，控制阻抗50欧姆；

1）VCC_SD的滤波电容靠近卡座引脚放置，遵循先大后小的原则。

2）ESD器件要靠近TF卡引脚放置，走线需要先经过ESD器件再进入SD卡，不要打孔穿，如下图所示

 

 3）所有的信号线尽量走在同一层，这样有利于信号的一致性，走线与高频信号分开；空间允许的情况下，单根包地，空间紧张的情况下整组包地，所有走线需要有完整的参考平面；

4）SD卡的CLK信号，与其他信号线的间距保证3W以上，有空间的话大于3W。在有空间的情况下，CLK信号单独包地处理，且包地线每隔400mil至少添加一个GND过孔。

5）组内数据线不要相差太大，需要控制400mil以内，走线总长度不要太长尽量控制在12.5 inch（317.5mm）之内，以提高信号稳定性和兼容性。

RK1126的要求是4 inch，即4000mil（101.6mm）。

6）SD卡所有的信号线要做等长处理，以时钟线为目标线，误差控制在300mil以内。

SD卡包括：DATA0、DATA1、DATA2、DATA3、CMD、CLK、DET 7根信号线。

（画板控制在100mil以内。）

只要等长：DATA0、DATA1、DATA2、DATA3、CMD、CLK，6根信号线。

称为SDIO信号。
 

 2、HDMI走线要求

 

 HDMI信号有三对数据信号差分线，一对时钟信号差分线。

HDMI_TXCP、HDMI_TXCN

HDMI_TX0N、HDMI_TX0P

HDMI_TX1N、HDMI_TX1P

HDMI_TX2N、HDMI_TX2P

HDMI的信号走线需严格遵循差分规则要求走线，阻抗要求 Z=100ohm± 10ohm；

线对内两根信号的长度误差控制在10mil以内，

线对与线对之间的长度误差控制在30mil以内；

走线拐角尽量用弧线或者钝角，不能为直角或锐角。

建议在 PCB内层走线，并保证走线参考面是一个连续完整的参考面，不被分割，否则会造成差分线阻抗的不连续性并增加外部噪声对差分线的影响。

如在 PCB表层走线，请注意用地线做包地处理；

在走线中应该尽可能的减少换层过孔，过孔会造成线路阻抗的不连续；最多只能有两个过孔。过孔周围必须伴随有GND孔。且两过孔间距，孔与旁边 shape 间距建议参考下图：

 除了4对差分对要有完整的参考GND平面外，SDA、SCL、CEC、HPD信号线也要有完整的参考GND平面。

3、LVDS信号线走线要求

LVDS信号有10对数据信号差分对，两对时钟信号差分对。

LVDS_D0P、LVDS_D0N

LVDS_D1P、LVDS_D1N

LVDS_D2P、LVDS_D2N

LVDS_D3P、LVDS_D3N

LVDS_D4P、LVDS_D4N

LVDS_CLK0P、LVDS_CLK0N

LVDS_D5P、LVDS_D5N

LVDS_D6P、LVDS_D6N

LVDS_D7P、LVDS_D7N

LVDS_D8P、LVDS_D8N

LVDS_D9P、LVDS_D9N 

LVDS_CLK1P、LVDS_CLK1N

LVDS的信号走线需严格遵循差分规则要求走线，阻抗要求 Z=100ohm± 10ohm；

线对内两根信号的长度误差控制在 30mil以内，

线对与线对之间的长度误差控制在 100mil 以内；

走线拐角尽量用弧线或者钝角，不能为直角或锐角。

4、DVP信号走线要求

常见的CMOS Image Sensor（CIS）接口有DVP和MIPI，本部分主要讲DVP。

数字视频端口DVP（Digital Video Port） 是传统的sensor输出接口，采用并行输出方式，数据位宽有8bit、10bit、12bit，是CMOS电平信号（非差分信号），最高速率要比串行传输的MIPI接口低，高像素的sensor使用DVP就会比较勉强。PCLK最大速率为96MHz，接口如下图：

 

DVP是并口传输，速度较慢，传输的带宽低，使用需要以下信号：

 

PCLK：pixel clock，像素时钟，每个时钟对应一个像素数据，一般为几十MHz；对于时钟信号，一般做包地处理，减少对其他信号的干扰，还需要在源端加电阻和电容，减少过冲和振铃，从而减少对其他信号的干扰。

HSYNC：horizonal synchronization，行同步信号，一般为几十KHz；

VSYNC：vertical synchronization，帧同步信号，一般为几十Hz，与帧率FPS相同；

DATA：像素数据；D[0:11]并口数据（可以是8/10/12bit数据位数大小）;

MCLK（XCLK）：外部晶振或主控输出给sensor的驱动时钟，典型值是24MHz；

SCL，SDA：用来配置sensor寄存器的IIC接口。

PCLK、HSYNC、VSYNC、DATA[0:11]需要做等长处理。单端阻抗50R，等长200mil，有空间等长100mil。

DVP摄像头电源和MIPI一样。

Sensor电源有3个，AVDD（模拟电源）、DOVDD（数字IO电源）、DVDD18（数字内核电源），OV2735的电源如图2所示，并注意上电时序，一般先后上电顺序依次是AVDD、DOVDD、DVDD18，或者至少三者同步上电，而不能是反过来的顺序。

5、eDP信号走线要求

 

 eDP信号有4对数据信号差分线，一对时钟信号差分线。

EDP_TX0P、EDP_TX0N

EDP_TX1P、EDP_TX1N

EDP_TX2P、EDP_TX2N

EDP_TX3P、EDP_TX3N

EDPAUXP、EDPAUXN

eDP的信号走线需严格遵循差分规则要求走线，阻抗要求 Z=100ohm± 10ohm；

线对内两根信号的长度误差控制在10mil以内，

线对与线对之间的长度误差控制在30mil以内；

走线拐角尽量用弧线或者钝角，不能为直角或锐角。

6、MIPI信号线走线要求

MIPI走线的6大法则

（1）等长

MIPI是一种高速差分信号的接口，为了保证信号的同步和一致性，必须保证MIPI DP/DN等长，无论是线对与线对之间（pair to pair)还是单组信号的DP/DN之间，一般需要遵守的长度规则如下：

camera pair to pair 30mil 单组之间：10mil

LCD pair to pair 30mil 单组之间：10mil

（2）等距

在MIPI走线时，一般需要保持DP/DN在走线的过程中保持等距，保证一定的耦合程度，但是需要弄清楚的是，等长的优先级是高于等距的。且在走线时，线对之间要保持3W的距离。

（3）参考层

MIPI走线应该保持连续的参考层，且最好是地层，如果这个条件实在无法满足的话，必须保证参考层的宽度可以达到4W，且为了防止ESD以及干扰等因素，MIPI走线最好走内层。

（4）打孔换层

MIPI尽量少打过孔，且必须注意的是，在打孔换层的时候必须DP/DN同时打孔换层，同时在周围多打地孔，保证信号的回流；

（5）远离干扰

远离RF以及开关电源等干扰源。

6）阻抗要求

MIPI具有阻抗的要求，一般需要达到差分阻抗为100ohm；

注：MIPI在走线时优先级最高的是匹配等长，其余的都可以以实际要求和应用进行灵活处理。

 

MIPI信号有4对数据信号差分线，一对时钟信号差分线。

MIPI_TX_D0P、MIPI_TX_D0N

MIPI_TX_D1P、MIPI_TX_D1N

MIPI_TX_D2P、MIPI_TX_D2N

MIPI_TX_D3P、MIPI_TX_D3N

MIPI_TX_CLKP、MIPI_TX_CLKN

MIPI的信号走线需严格遵循差分规则要求走线，

阻抗要求 Z=100ohm± 10ohm；

线对内两根信号的长度误差控制在10mil以内，

线对与线对之间的长度误差控制在30mil以内；

走线拐角尽量用弧线或者钝角，不能为直角或锐角。

除了5对差分对要有完整的参考GND以外，SDA、SCL、INT、RESET信号线也要有完整的参考地。

7、USB走线要求

USB2.0规范定义的电流为500mA，但是VBUS走线最好能承受1A的电流，以防过流。如果是在使用USB充电的情况下，VBUS走线需能承受2.5A的电流。

ESD保护器件、共模电感和大电容在布局时应尽可能的靠近USB接口，如下图所示

USB的信号走线必须严格遵循差分规则要求走线。

差分信号组内走线长度偏差控制在±30mil以内，阻抗要求 Z=90± 10ohm。

走线拐角尽量用弧线或者钝角，不能为直角或锐角。

USB差分线过孔数量不超过两个。

USB有打过孔的地方，过孔周围必须伴随有GND孔，以获得更好的信号质量。

8、MAC走线要求

RK3288的MAC支持RMII、RGMII两种接口，图21-1为千兆RGMII，图21-2为百兆RMII接口。

 

 

 

 

 

MDI的4对差分线要等长处理；

线对内两根信号长度误差小于 10mil ；

线对与线对之间的长度误差控制在 30mil 以内；

走线拐角尽量用弧线或者钝角，不能为直角或锐角；

阻抗要求Z=100ohm± 10ohm；

走线要尽量短，差分走线总长度要小于 12CM，要有完整的参考面（如果不完整，可能产生最大的 EMI问题），尽量少打换层过孔。

下图串接电阻要靠近 PHY放置，改善 EMI。

下图中的MAC_RXCLK 必须包地处理。如果没有条件做到包地的话，与其它信号至少要做到3W的间距。

RXD0，RXD1，RXD2，RXD3，RXCLK，RXDV信号间距要满足 3W布线原则；

RXD0，RXD1，RXD2，RXD3，RXCLK，RXDV走线要等长处理，相差小于 100mil，走线要尽量短，整条长度要小于15CM。

走线要有完整的参考面。

 

 下图中的其它信号间距要满足 3W布线原则。

下图串接电阻要靠近 RK3288放置，为改善 EMI。

PHY_TXCLK 必须包地处理。如果没有条件做到包地的话，与其它信号至少要做到3W的间距。

 

 

RGMII和其他信号之间的最小间距：推荐RGMII走线宽度的3倍（4W）。至少为RGMII迹线宽度的2倍（3W）。

TXD0，TXD1，TXD2，TXD3，TXCLK，TXEN走线要等长处理，整条相差小于100mil ，走线要尽量短，整条长度要小于 15CM。

走线要有完整的参考面。

 其它信号：遵循3W原则即可。

EPHY_RSTN：网口PHY复位信号

EPHY_CLK：网口PHY工作时钟

EPHY_MDCK：MDIO接口时钟输出

EPHY_MDIO：MDIO接口的输入/输出信号

9、BT.1120走线要求

BT.1120协议是一种广泛应用的高清数字视频传输协议，能够把取样结构为4:4:4和4:4:2的视频数据编码成内嵌同步定时基准码的视频数据流进行传输。

并行BT1120接口是16bit位宽(一根时钟线+16根数据线)，那么对应的时钟速率是74.25MHz。(如果用的8bit位宽，时钟是148.5MHz)ITU-R BT.1120-9 中已经不再使用并行接口，改成10bit的串行接口。视频像素数据的分量为10bit，复用成单路10bit并行数据流。那么25P的1080P视屏的时钟速率为148.5MHz x 10=1.485GHz。30P的帧率视屏流同样使用1.485G的频率，只是传输的辅助数据更少而已。

单端50Ω阻抗；

组间100mil等长；

相邻走线间距“3W”原则；

保持信号参考平面完整，并避免信号走线穿越电源分割区域。

包括：

VO_DATA0、VO_DATA1、VO_DATA2、VO_DATA3、VO_DATA4、VO_DATA5、VO_DATA6、VO_DATA7、VO_DATA8、VO_DATA9、VO_DATA10、VO_DATA11、VO_DATA12、VO_DATA13、VO_DATA14、VO_DATA15、VO_CLK

共16根数据线和1根时钟线。这17根线需要做等长处理。

10、FLASH（SPI FLASH / NAND FLASH /eMMC）走线要求

避免信号走线穿越电源分割区域，并保持信号参考平面完整；

相邻信号走线间距保持“3W”原则；

等长控制在300mil以内。

EMMC（Embedded Multi MediaCard）：嵌入式多媒体卡，由一个嵌入式存储解决方案组成，带有MMC接口、NANDFlash以及MMC控制器，这些结构都被封装在一个小型BGA中。简单来说，eMMC=NAND Flash +MMC控制芯片+MMC标准接口。

EMMC的总线由11条信号线组成：DATA0、DATA1、DATA2、DATA3、DATA4、DATA5、DATA6、DATA7、CLK、CMD、DS（Data Strobe）数据选通信号线、共11根信号线。

 其中CLK、CMD、DATA[0:7]这10根信号线要进行等长。等长控制在100mil。

（1）emmc 芯片下方在敷铜时，焊盘部分要增加敷铜禁布框，避免铜皮分布不均影响散热，导致贴片虚焊。

 

（2）EMMC的两个电源3.3V、1.8V需要进行铺铜。 

 

 

（3）emmc Flash走线要求整组包地，信号组内任意两根信号线的长度误差控制在100Mil以内，否则会导致高速模式下频率跑不高。（备注：不一定）

（4）走线可采用经过不用的eMMC引脚走线的方式降低对PCB制板间距的要求。

（5）NandFlash与 EMMC Flash可通过双Layout实现物料的切换。

（1）SPI Flash走线要求

SPIFlash由DATA0、DATA1、DATA2、DATA3、CS、CLK 6根信号线组成。

 

避免信号走线穿越电源分割区域，并保持信号参考平面完整；

SPICS和DATA 的线长以FSPI_CLK的线长为基准，误差控制在300mil以内。

封装+PCB信号长度不超过6inches（152.4mm）。

SPIFlash的速度较慢，一般不用等长。不等长也能满足300mil的要求。

11、PCIE2.0，PCIE3.0走线要求

PCIE2.0：

阻抗要求 Z=85ohm± 10ohm；

线对内两根信号的长度误差控制在 12mil以内；

最大走线长度不超过6000mil（15.24cm）；

线对到线对间距≥4倍的线宽；尽可能增加线对之间的间距。

PCIE2.0到其它信号间距建议≥5倍的线宽；至少4倍的PCIE2.0线宽；

最大允许过孔数 ≤ 2 vias；

PCIE3.0：

阻抗要求 Z=85ohm± 10ohm；

线对内两根信号的长度误差控制在 12mil以内；

最大走线长度不超过6000mil（15.24cm）；

线对到线对间距建议≥5倍的线宽；尽可能增加线对之间的间距。

PCIE2.0到其它信号间距建议≥5倍的线宽；

最大允许过孔数 ≤ 2 vias
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