PCB设计中的“stub”_专业集成电路测试网-芯片测试技术-ic test

在电子工程中，Stub 是指 PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）上的一种突出结构，与主要信号传输线相连但是并不对信号起作用的附加结构。Stub 通常是作为支路或者连接线的一部分存在。

有的工程师在设计PCB 布线过程中，总会不小心或者不可避免会多出一些布线线头，如下图所示，还有一些硬件工程师为了一些兼容设计，也会出现潜在一些开路的线头的风险，当然有经验的硬件和Layout工程师是基本上不会犯这种错误的，甚至用一些设计技巧去解决不可规避的Stub。

以上所提到的这些线头Stub，有些地方翻译成：短桩线或者残桩线，这种线头一般是不允许出现的，多余的线头会产生天线辐射效应，也会引起信号反射，最终出现信号完整性问题，除了Stub线之外，在一些高速的场景，还需要考虑过孔产生的stub

Stub 在 PCB 中可能是由于连接器、元器件引脚、信号层之间的转接等形成的。它们并非用于传输信号的主要路径，而是作为附加结构存在。由于 Stub 与主要信号线相连，它们会在信号传输过程中产生一些负面影响，如信号反射、信号衰减、模式耦合等问题，因此在 PCB 设计中，尽量避免 Stub 的存在或者优化 Stub 的设计是很重要的。

1. 信号反射：当信号在传输线与 stub 的交界处遇到阻抗不匹配时，会产生信号反射。这会导致信号的失真和能量的反向传播，增加了噪声和失真的可能性。

2. 信号衰减：Stub 会增加传输线的总长度，从而增加了信号的传输路径，导致信号的衰减。这会降低信号的强度和清晰度，使得接收端难以准确解析信号。

3. 模式耦合：Stub 可以导致模式耦合，即在 PCB 中的信号线之间相互影响，导致信号干扰和串扰。

为了尽量避免这些问题，PCB 设计中的一般做法是尽量减少 stub 的存在，或者在无法完全避免 stub 的情况下，通过优化 stub 的长度和几何形状来降低它们对信号的影响。这通常包括：

避免直接连接 stub 到主要信号线上：尽量使用平滑的信号路径，减少 stub 的产生。

优化 stub 的长度：如果无法避免 stub，尽量确保 stub 的长度尽可能短，以减少信号传输的影响。

使用匹配网络：在一些特殊情况下，可以使用匹配网络来优化 stub 的阻抗，减少信号反射。

通过这些措施，可以提高 PCB 设计的信号完整性和性能，减少信号传输过程中的干扰和损耗，从而提高系统的可靠性和稳定性。
Stub示意图

过孔残桩（Via Stub）

获得的仿真结果与原始的对比如下图所示：

显然，去掉残桩之后，插入损耗和回波损耗都得到了很好的改善。在14GHz左右，插入损耗相差约40dB，回波损耗也相差了约13dB。这对于高速信号的设计影响非常的大。再对比下其阻抗，如下图所示：

仿真结果来自《信号完整性》公众号

两个设计的过孔阻抗相差了约20ohm。

下面从大家比较熟知的眼图，也可以看到一些结果上的差异：

有一些兼容设计，是通过选焊电阻或者选焊电容来实现的。一对差分数据线，要连到两个接口去，如果分别需要两组电阻或者电容，则不可避免的会出现走线分叉导致信号完整性问题：

例如全志的T527复用了USB3.1和PCIe2.1接口。虽然大多数场景下，这两个接口可能不会同时使用，节约了芯片成本，但是设计的时候，我们往往还是希望能够做到兼容设计。