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设置GND层和关键信号层#xff0c;确保信号有一个稳定的地参考平面#xff0c;这对UFS的传输线的必要条件带状线是强烈推荐的#xff0c;特别是对高速信号#xff08;明确了关键走内层#xff09;可以的话建议针对电源安排单独的电源层建议电源层紧邻地层
器…关于PCB叠层
设置GND层和关键信号层确保信号有一个稳定的地参考平面这对UFS的传输线的必要条件带状线是强烈推荐的特别是对高速信号明确了关键走内层可以的话建议针对电源安排单独的电源层建议电源层紧邻地层
器件放置
尽可能主芯片的存储接口越短的走线可以为设计提供更多优势根据主控芯片的出现顺序放置UFS方向为简化设计允许将相同电压等级的电源轨进行合并但必须确保每个器件/封装附近就近布置去耦电容以降低任意相位下的电源噪声耦合。尽可能使用多个不同容值的电源/去耦电容组合这有助于降低等效串联电感。去耦电容应尽量靠近UFS2.x器件的电源引脚/焊球放置以缩短芯片到电容的串联电感路径。在最佳位置即均匀分布区域增设去耦电容可有效抑制结构谐振并降低电磁干扰辐射发射。采用低等效串联电感电容有助于最小化引线电感。
电源层和地层
电源层需要覆盖UFS的所有电源脚强烈建议将地平面GND整合为统一网络。每个电源脚和GND的脚都通过过孔连接IO power 层尽量覆盖覆盖所有信号线如果其在相邻层电源平面尽量不需要在GND层如果是这样必须特别注意避免信号线跨分割避免电源层相邻同层电源层的不同电源网络避免过于紧密会造成噪声耦合电源和GND网络尽可能短
走线要求
在过孔、走线和电容器焊盘之间使用宽而短的走线差分数据和CLK线需要优先布线并且必须走在内层三星推荐所有信号线放在第二层或第三层这取决于叠层设计如第二层是GND,那就建议信号线走在第三层反之亦然如果顶层需要走线那么可以把除了差分数据线、CLK的线放置在顶层推荐差分数据线和CLK线需要包地并且每隔3mm打地过孔确保焊盘、走线到电源及GND过孔或铜皮尽可能远至少保持2W增加额外过孔从每个焊盘到主电源/地平面这能起到拓宽被动元件电流路径的效果特别是去耦电容使组内走线长度匹配必要时可采用蛇形走线保持走线连续性最小中断比走线长度匹配更为重要尽可能少穿层避免因密集过孔造成平面切割或孔洞这种情况容易发生在封装焊球下方区域确保将所有接地走线连接到接地层。切勿遗漏任何悬空的形状和孤立的接地形状若无法与接地平面连接则移除孤立的接地形状建议在信号走线区域和电源子平面区域周围布置接地屏蔽过孔以隔离来自其他元件的噪声耦合若使用上拉电阻通往无源元件的走线也必须尽可能缩短以减少由走线形成的支线长度这种支线会因反射导致信号失真。示意如下开启主机控制器或UFS2.x控制器的片上上拉电阻且不要在硬件复位引脚使用表面贴装技术上拉电阻。若实在无法避免则在硬件复位引脚连接50千欧上拉电阻。为确保差分对具备适当的信号完整性特性插入损耗、阻抗匹配和长度平衡偏斜至关重要。下表总结了印刷电路板上推荐的最大信号走线长度与偏斜DOUT_T与DOUT_C之间或DIN_T与DIN_C之间的走线长度失配参数其中信号长度限制适用于UFS默认均衡器设置的使用场景。信号线下方及上方需保持完整参考地平面将差分信号对的阻抗设置为100Ω如有可能建议将差分阻抗控制在略低于/不大于100Ω沿对称差分走线全程保持传输线阻抗均匀性避免任何不连续差分走线和参考时钟线应与其他信号线分层布线避免串扰等不良耦合若无法分层布线需采用至少2倍线宽W信号线宽度的地隔离带并每隔3mm布置地过孔。具体参见下图尽量保持差分走线平直。如需弯曲应使用双45/135度折线或弧形走线替代直角弯曲尽量减少使用多层信号层布线时的层间切换因为这会导致意外的阻抗变化。当必须进行层间切换时应在差分对的过孔对旁放置连接接地层的接地过孔。增加地回流过孔尽可能使用埋孔以避免通孔产生的残桩效应。若无法避免过孔残桩形成应尽量缩短残桩长度。过孔残桩实际上会引发诸多不良问题及反射波失真残桩越长影响越严重。若仅需使用1通道必须仅使用TX0/RX0引脚同时将TX1/RX1引脚保持为NC状态以防止主机出现通道映射错误如下图所示。SAMSUNG UFS
PDN设计原则
电源分配网络PDN旨在为所有器件提供稳定均衡的电压。PDN包含电源与地回路通常称为电源噪声的电压波动会显著影响数字信号的时序完整性表现为抖动和信号畸变同时也是共模辐射导致电磁干扰EMI的潜在源头。PDN还承担着信号互连电流返回路径的基准参考功能。
PDN设计必须确保在目标频段内通常以转折频率为基准保持低阻抗特性。电流具有优先选择最低阻抗路径的特性——直流模式下最低阻抗表现为最小电阻交流模式下则体现为最小回路电感。因此返回路径的任何不连续性都将导致阻抗升高。
针对高速系统日益重要的PDN设计推荐以下准则
所有信号建议采用统一地平面作为参考基准走线区域下方参考层应保持完整避免分割、开槽或设置大型过孔建议在PCB叠层中尽可能采用紧密耦合的平行板结构不同电源域之间需设置最小2倍线宽2W的地隔离带每隔3mm布置地过孔连接隔离带与内部地平面确保电源层保持完整子平面结构。若必须走线电源走线宽度应≥0.3mm以降低直流电阻与电感并尽量缩短走线长度布置多个电源/地过孔通过并联路径降低回路电感避免信号参考平面切换。不可避免时需增设过孔和去耦电容提供临近返回路径电源与地应相邻布置通过反向电流产生的互感效应降低总电感 测点布置
在使用测试点作为差分输入/输出对时需考虑测试点位置和支线长度对信号完整性的影响建议遵循以下设计准则
将接收端引脚至测试点的走线长度控制在最短尽可能降低通孔高度以减少Stub效应 埋孔设计
下图展示了在BGA焊盘下方使用埋孔的错误示例及改进建议。
BGA焊盘下方的埋孔会导致焊点处产生机械应力从而在SMT工艺过程中引发裂纹失效。
这种机械应力的根源在于埋孔填充材料与FR-4基板之间Z轴热膨胀系数(CTE)的不匹配。
随着板材厚度的增加即埋孔长度增大机械应力会进一步增强。
建议避免将埋孔直接置于BGA焊盘正下方确保BGA焊盘与埋孔不发生重叠。 验证
如有可能建议通过仿真验证设计特性根据仿真结果调整设计方案去耦电容器可在实际装置测试后进行调节
