不按INTEL的“3W-2S”規(guī)則設(shè)計(jì)，出問(wèn)題的概率有多大？

公眾號(hào) | 高速先生，作者 | 黃剛

在行業(yè)內(nèi)，要是問(wèn)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(shū)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(shū)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(lái)的難度不可謂不大。

不過(guò)有一說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(shuō)大家應(yīng)該就很清楚了吧？

當(dāng)然本來(lái)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(guò)來(lái)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(wèn)，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(méi)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(shuō)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(lái)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(lái)了。那按照慣例還是先看無(wú)源再看有源哈，從無(wú)源的插損指標(biāo)來(lái)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(shuō)嘛?。?/p>

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(lái)明顯差距，反正Chris感覺(jué)分不出來(lái)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(lái)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(wèn)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(wèn)題問(wèn)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(lái)看，從模態(tài)結(jié)果來(lái)看你們就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)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(shuō)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(wú)源維度來(lái)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?lái)對(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(shuō)的話，也沒(méi)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(méi)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?。∽詈?，希望讓Chris寫這篇文章的客戶包括其他也有同樣疑問(wèn)的朋友們都能順利刷到這篇文章吧！

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Q、本期提問(wèn)：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？