公眾號 | 高速先生
作者 |黃剛
做過PCB-layout的朋友都知道，在真正進入PCB布局布線之前，往往有一個東西是要首先確定下來的，那就是疊層設計。Chris和很多工程師朋友們聊過天，Chris一來就會問很尖銳的問題，你們的PCB布局布線能力非常厲害，但是你們當中有多少人是自己一手一腳的進行疊層設計的呢？
不能說沒有，但是的確占得比例不多。為什么呢？原因也很簡單，大部分的PCB工程師朋友更關心器件怎么布局，走線能不能走出來。對于疊層設計來說，他們最關心的就是多少層，至于你問他們線寬需要多少mil，在他們能保證有空間走的情況下，我相信他們是不會care你是4mil還是6mil的……
對啊！如果設計工程師都不關心線寬的話，那誰關心呢？這個時候我們SI就真的要跳出來了，沒錯，我們會關心的更多！
為什么呢？這就要從PCB疊層設計需要考量的幾個點講起了：
1， 需要幾個走線層、地平面、電源層？加起來就是總的層數了。其中需要考慮的細節是走線需要幾層出線，地平面對應有幾個，電源需要幾Oz的銅和需要多少層；
2， PCB板的總厚度有沒有要求？像一些主要協議和接口規范的約束，例如1.6mm的金手指板卡等；
3， PCB板里面的高速信號速率是多少？不同速率的高速協議允許的損耗值不同，損耗值不同就意味著板上高速線的走線長度不同，這就涉及到了需要用什么等級的板材和通過線寬來衡量單位長度的損耗值；
線寬！！！這不就提到了我們這篇文章要講的線寬了嘛。我們知道，高速信號一般走在內層，結構就是上面分別被pp和core包裹的，如下所示：
除了電源層之外，需要幾個高速走線層，其實就是在算需要幾個上面這樣的結構。上面的結構其實就需要我們去定義線寬和pp/core的厚度了。
首先我們先說說線寬，因為在板材一定的情況下，它決定了我們單位長度走線的損耗值。然后我們再說說pp和core的厚度，它們又反過來決定了線寬，因為在一定的阻抗控制下，pp和core的厚度定下來，線寬也就定了。一句話，他們之間是互相影響也互相關聯！
Chris在這篇文章中用一個M7級別的pp和core的組合，來看看控制同樣的93歐姆阻抗下（56G以上高速信號主流差分阻抗）不同線寬的損耗值變化趨勢，看完了大家就明白Chris這篇文章的意思了。
在控制93歐姆的前提下，我們分別調整pp和core的厚度來控制線寬分別從3mil到8mil的變化，下表給出了從3mil到8mil時的pp和core的厚度：
然后我們再給出不同線寬下的單位inch長度的損耗結果，從3mil到8mil的損耗曲線如下所示：
從上圖的結果看看，我們當然知道，線寬越寬損耗越小，但是如果要說，從3mil一直到8mil線寬變化時損耗變化比例的話，大家會看到平時不太關注的一些東西。首先我們還是以表格的形式直觀的列出不同線寬對應在14GHz和28GHz（分別對應56Gbps和112Gbps的基頻）的損耗結果。
好吧，Chris這個時候可以回答下標題的問題了，為什么說線寬在5mil左右時性價比最高呢？我們首先從損耗的角度看看從3mil到8mil時，線寬每減小1mil，損耗增加的比例是怎么樣的。
先看看14GHz時，如下所示：
再看看28GHz時，如下所示：
從這個case的線寬-損耗變化趨勢看， 5mil是一個分水嶺，線寬小于5mil之后的損耗增加量變得飛快，而大于5mil之后，尤其到了7mil往上走的時候，由于線寬的增加導致的損耗的改善就越來越小了。
另外我們上面的文章還展示了對應線寬下的pp和core的厚度變化，我們也大概來算算pp和core加起來的厚度隨不同線寬的變化量，如下所示：
那么湊巧嗎？剛好也在5mil線寬時增加量和其他線寬的不同，其他線寬變化下增加的量都在1.8mil左右，但是4mil到5mil變化時增加的量卻是最小的，只有1.4mil。
什么叫性價比呢？本文想表達的意思就是線寬的不同，當然會導致損耗的不同， 導致疊層厚度的不同。從上述的損耗和pp/core厚度和線寬的關聯性驗證的數據看，5mil線寬的損耗算是一個分水嶺，小于5mil后損耗增加劇烈，大于5mil后損耗改善慢慢變小；如果從厚度的角度看，5mil左右線寬相對其他線寬也具有相對較小的厚度改變量。
當然，不是說5mil線寬是每個項目的黃金線寬哈，例如有的項目可能需要極小的損耗，那就只能通過不斷增加線寬來實現了。或者有的項目要求的疊層厚度很小，壓根不可能增加pp和core做到5mil線寬，我們也沒辦法勉強。Chris想說的只是一個疊層設計相對比較深層的一種思路，就是如果沒有其他約束情況的話，把線寬設計到5mil時，加工因素的一些影響，例如線寬需要change成4.8mil或者5.2mil，又或者pp和core的厚度略微調整個0.2-0.3mil的時候，5mil線寬這個性價比高的優勢就體現出來了，在上述參數的調整過程后，從損耗和阻抗變化來說，它一定會比其他線寬有更好的適應性，在抵御加工因素變化時，能更好的保持預期的效果哈！
Q
本期提問
分享下大家的高速線線寬一般按設計多少mil設計和這樣設計的原因？
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