Uitleg is een van die mees basiese werksvaardighede vir PCB-ontwerpingenieurs. Die kwaliteit van die bedrading sal die werkverrigting van die hele stelsel direk beïnvloed. Die meeste hoëspoed-ontwerpteorieë moet finaal geïmplementeer en geverifieer word deur uitleg. Dit kan gesien word dat bedrading baie belangrik is in hoë spoed PCB ontwerp. Die volgende sal die rasionaliteit van sommige situasies wat in werklike bedrading teëgekom kan word, ontleed en ‘n paar meer geoptimaliseerde roetestrategieë gee.

Dit word hoofsaaklik uit drie aspekte verduidelik: reghoekige bedrading, differensiële bedrading en kronkelende bedrading.

1. Reghoekige roetering

Reghoekige bedrading is oor die algemeen ‘n situasie wat soveel as moontlik in PCB-bedrading vermy moet word, en dit het amper een van die standaarde geword vir die meting van die kwaliteit van bedrading. So hoeveel invloed sal die reghoekige bedrading op seinoordrag hê? In beginsel sal reghoek-roetering die lynwydte van die transmissielyn verander, wat diskontinuïteit in impedansie veroorsaak. Trouens, nie net reghoek-roetering nie, maar ook hoeke en skerphoek-roetering kan impedansieveranderinge veroorsaak.

Die invloed van reghoek-roetering op die sein word hoofsaaklik in drie aspekte weerspieël:

Een daarvan is dat die hoek gelykstaande kan wees aan die kapasitiewe las op die transmissielyn, wat die stygtyd vertraag; die tweede is dat die impedansiediskontinuïteit seinrefleksie sal veroorsaak; die derde is die EMI wat deur die reghoekige punt gegenereer word.

Die parasitiese kapasitansie wat deur die regte hoek van die transmissielyn veroorsaak word, kan deur die volgende empiriese formule bereken word:

C = 61W (Er) 1/2/Z0

In bogenoemde formule verwys C na die ekwivalente kapasitansie van die hoek (eenheid: pF), W verwys na die breedte van die spoor (eenheid: duim), εr verwys na die diëlektriese konstante van die medium, en Z0 is die kenmerkende impedansie van die transmissielyn. Byvoorbeeld, vir ‘n 4Mils 50 ohm transmissielyn (εr is 4.3), is die kapasitansie wat deur ‘n regte hoek gebring word ongeveer 0.0101pF, en dan kan die stygtydverandering wat hierdeur veroorsaak word, geskat word:

T10-90%=2.2CZ0/2=2.20.010150/2=0.556ps

Dit kan deur berekening gesien word dat die kapasitansie-effek wat deur die regtehoekspoor gebring word, uiters klein is.

Soos die lynwydte van die reghoekige spoor toeneem, sal die impedansie daar afneem, dus sal ‘n sekere seinrefleksie-verskynsel voorkom. Ons kan die ekwivalente impedansie bereken nadat die lynwydte toegeneem het volgens die impedansieberekeningsformule wat in die transmissielynhoofstuk genoem word, en dan die refleksiekoëffisiënt volgens die empiriese formule bereken:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Oor die algemeen is die impedansieverandering wat deur reghoekige bedrading veroorsaak word tussen 7%-20%, dus is die maksimum refleksiekoëffisiënt ongeveer 0.1. Verder, soos gesien kan word uit die figuur hieronder, verander die impedansie van die transmissielyn na die minimum binne die lengte van die W/2-lyn, en keer dan terug na die normale impedansie na die tyd van W/2. Die hele impedansieveranderingstyd is uiters kort, dikwels binne 10ps. Binne is sulke vinnige en klein veranderinge amper weglaatbaar vir algemene seinoordrag.

Baie mense het hierdie begrip van reghoekige bedrading. Hulle dink dat die punt maklik is om elektromagnetiese golwe uit te stuur of te ontvang en EMI te genereer. Dit het een van die redes geword waarom baie mense dink dat reghoekige bedrading nie herlei kan word nie. Baie werklike toetsresultate toon egter dat reghoekige spore nie duidelike EMI as reguit lyne sal produseer nie. Miskien beperk die huidige instrumentprestasie en die toetsvlak die akkuraatheid van die toets, maar dit illustreer ten minste ‘n probleem. Die uitstraling van die reghoekige bedrading is reeds kleiner as die meetfout van die instrument self.

Oor die algemeen is die reghoekige roetering nie so verskriklik soos gedink nie. Ten minste in toepassings onder GHz word enige effekte soos kapasitansie, refleksie, EMI, ens. skaars in TDR-toetsing weerspieël. Hoëspoed PCB-ontwerpingenieurs moet steeds fokus op uitleg, krag-/grondontwerp en bedradingontwerp. Via gate en ander aspekte. Natuurlik, hoewel die impak van reghoekige bedrading nie baie ernstig is nie, beteken dit nie dat ons almal reghoekige bedrading in die toekoms kan gebruik nie. Aandag aan detail is die basiese kwaliteit wat elke goeie ingenieur moet hê. Verder, met die vinnige ontwikkeling van digitale stroombane, PCB Die frekwensie van die sein verwerk deur ingenieurs sal voortgaan om te verhoog. Op die gebied van RF-ontwerp bo 10GHz, kan hierdie klein regte hoeke die fokus van hoëspoedprobleme word.

2. Differensiële roetering

Differensiële sein (DifferentialSignal) word meer en meer algemeen gebruik in hoëspoedkringontwerp. Die mees kritieke sein in die stroombaan is dikwels ontwerp met ‘n differensiële struktuur. Wat maak dit so gewild? Hoe om die goeie werkverrigting in PCB-ontwerp te verseker? Met hierdie twee vrae gaan ons voort na die volgende deel van die bespreking.

Wat is ‘n differensiële sein? In leke se terme, stuur die aandryfkant twee gelyke en omgekeerde seine, en die ontvangkant beoordeel die logiese toestand “0” of “1” deur die verskil tussen die twee spannings te vergelyk. Die paar spore wat differensiële seine dra, word differensiële spore genoem.

In vergelyking met gewone enkel-einde seinspore, het differensiële seine die mees ooglopende voordele in die volgende drie aspekte:

a. Sterk anti-interferensie vermoë, want die koppeling tussen die twee differensiële spore is baie goed. Wanneer daar geraasinterferensie van buite is, word hulle amper gelyktydig aan die twee lyne gekoppel, en die ontvangkant gee net om oor die verskil tussen die twee seine. Daarom kan die eksterne gemeenskaplike modus geraas heeltemal gekanselleer word. b. Dit kan EMI effektief onderdruk. Om dieselfde rede, as gevolg van die teenoorgestelde polariteit van die twee seine, kan die elektromagnetiese velde wat deur hulle uitgestraal word mekaar uitkanselleer. Hoe stywer die koppeling, hoe minder elektromagnetiese energie word na die buitewêreld geventileer. c. Die tydsberekening posisionering is akkuraat. Omdat die skakelaarverandering van die differensiële sein by die kruising van die twee seine geleë is, anders as die gewone enkel-einde sein, wat afhanklik is van die hoë en lae drempelspannings om te bepaal, word dit minder beïnvloed deur die proses en temperatuur, wat kan verminder die fout in die tydsberekening. , Maar ook meer geskik vir lae-amplitude sein stroombane. Die huidige gewilde LVDS (lowvoltagedifferentialsignaling) verwys na hierdie klein amplitude differensiële seintegnologie.

Vir PCB-ingenieurs is die grootste kommer hoe om te verseker dat hierdie voordele van differensiële bedrading ten volle in werklike bedrading benut kan word. Miskien sal enigiemand wat in kontak was met Layout die algemene vereistes van differensiële bedrading verstaan, dit wil sê, “gelyke lengte en gelyke afstand”. Die gelyke lengte is om te verseker dat die twee differensiële seine te alle tye teenoorgestelde polariteite handhaaf en die gemeenskaplike moduskomponent verminder; die gelyke afstand is hoofsaaklik om te verseker dat die differensiële impedansies van die twee konsekwent is en refleksies verminder. “So naby as moontlik” is soms een van die vereistes van differensiële bedrading. Maar al hierdie reëls word nie gebruik om meganies toe te pas nie, en baie ingenieurs verstaan ​​blykbaar steeds nie die essensie van hoëspoed differensiële seintransmissie nie.

Die volgende fokus op verskeie algemene misverstande in PCB differensiële seinontwerp.

Misverstand 1: Daar word geglo dat die differensiële sein nie ‘n grondvlak as ‘n terugkeerpad nodig het nie, of dat die differensiële spore ‘n terugkeerpad vir mekaar verskaf. Die rede vir hierdie misverstand is dat hulle deur oppervlakkige verskynsels verwar word, of die meganisme van hoëspoedseinoordrag is nie diep genoeg nie. Dit kan gesien word uit die struktuur van die ontvangkant van Figuur 1-8-15 dat die emitterstrome van transistors Q3 en Q4 gelyk en teenoorgesteld is, en hul strome by die grond presies kanselleer mekaar (I1=0), dus differensiële stroombaan is Soortgelyke bons en ander geraasseine wat op die krag- en grondvlakke mag bestaan, is onsensitief. Die gedeeltelike terugkeer-kansellasie van die grondvlak beteken nie dat die differensiële stroombaan nie die verwysingsvlak as die sein-terugpad gebruik nie. Trouens, in die sein-terug-analise is die meganisme van differensiële bedrading en gewone enkelbedrading dieselfde, dit wil sê, hoëfrekwensie seine is altyd Reflow langs die lus met die kleinste induktansie, die grootste verskil is dat bykomend tot die koppeling aan die grond, die differensiaallyn het ook onderlinge koppeling. Watter soort koppeling is sterk, watter een word die hoofretoerpad. Figuur 1-8-16 is ‘n skematiese diagram van die geomagnetiese veldverspreiding van enkel-einde seine en differensiële seine.

In PCB-stroombaanontwerp is die koppeling tussen differensiële spore oor die algemeen klein, wat dikwels net 10 tot 20% van die koppelingsgraad uitmaak, en meer is die koppeling aan die grond, so die hoofretoerpad van die differensiële spoor bestaan ​​steeds op die grond vliegtuig. Wanneer die grondvlak diskontinu is, sal die koppeling tussen die differensiële spore die hoofretoerpad in die area verskaf sonder ‘n verwysingsvlak, soos getoon in Figuur 1-8-17. Alhoewel die invloed van die diskontinuïteit van die verwysingsvlak op die differensiële spoor nie so ernstig is soos dié van die gewone enkel-einde spoor nie, sal dit steeds die kwaliteit van die differensiële sein verminder en EMI verhoog, wat soveel as moontlik vermy moet word . Sommige ontwerpers glo dat die verwysingsvlak onder die differensiële spoor verwyder kan word om sommige algemene modus seine in differensiële transmissie te onderdruk. Hierdie benadering is egter nie in teorie wenslik nie. Hoe om die impedansie te beheer? Die verskaffing van ‘n grondimpedansielus vir die gemeenskaplike-modus sein sal onvermydelik EMI-bestraling veroorsaak. Hierdie benadering doen meer skade as goed.

Misverstand 2: Daar word geglo dat die behoud van gelyke spasiëring belangriker is as om lynlengte te pas. In die werklike PCB-uitleg is dit dikwels nie moontlik om terselfdertyd aan die vereistes van differensiële ontwerp te voldoen nie. As gevolg van die bestaan ​​van penverspreiding, vias en bedradingspasie, moet die doel van lynlengte-passing bereik word deur behoorlike wikkeling, maar die gevolg moet wees dat sommige areas van die differensiële paar nie parallel kan wees nie. Wat moet ons in hierdie tyd doen? Watter keuse? Voordat ons gevolgtrekkings maak, kom ons kyk na die volgende simulasieresultate.

Uit die bogenoemde simulasieresultate kan gesien word dat die golfvorms van Skema 1 en Skema 2 amper saamval, dit wil sê die invloed wat deur die ongelyke spasiëring veroorsaak word, is minimaal. In vergelyking is die invloed van die lynlengte-wanaanpassing op die tydsberekening baie groter. (Skema 3). Uit die teoretiese analise, alhoewel die inkonsekwente spasiëring die differensiële impedansie sal laat verander, omdat die koppeling tussen die differensiële paar self nie betekenisvol is nie, is die impedansieveranderingsreeks ook baie klein, gewoonlik binne 10%, wat slegs gelykstaande is aan een pas . Die weerkaatsing wat deur die gat veroorsaak word, sal nie ‘n noemenswaardige impak op seinoordrag hê nie. Sodra die lynlengte nie ooreenstem nie, word, benewens die tydsverstelling, algemene moduskomponente in die differensiële sein ingebring, wat die kwaliteit van die sein verminder en EMI verhoog.

Daar kan gesê word dat die belangrikste reël in die ontwerp van PCB differensiële spore die ooreenstemmende lynlengte is, en ander reëls kan buigsaam hanteer word volgens ontwerpvereistes en praktiese toepassings.

Misverstand 3: Dink dat die differensiële bedrading baie naby moet wees. Om die differensiële spore naby te hou, is niks meer as om hul koppeling te verbeter nie, wat nie net immuniteit teen geraas kan verbeter nie, maar ook die teenoorgestelde polariteit van die magnetiese veld ten volle kan benut om elektromagnetiese interferensie na die buitewêreld te verreken. Alhoewel hierdie benadering in die meeste gevalle baie voordelig is, is dit nie absoluut nie. As ons kan verseker dat hulle ten volle teen eksterne inmenging beskerm word, hoef ons nie sterk koppeling te gebruik om teen-inmenging te bewerkstellig nie. En die doel om EMI te onderdruk. Hoe kan ons goeie isolasie en afskerming van differensiële spore verseker? Die verhoging van die spasiëring met ander seinspore is een van die mees basiese maniere. Die elektromagnetiese veldenergie neem af met die kwadraat van die afstand. Oor die algemeen, wanneer die lynspasiëring 4 keer die lynwydte oorskry, is die interferensie tussen hulle uiters swak. Kan geïgnoreer word. Daarbenewens kan isolasie deur die grondvlak ook ‘n goeie afskermingsrol speel. Hierdie struktuur word dikwels gebruik in hoëfrekwensie (bo 10G) IC pakket PCB ontwerp. Dit word ‘n CPW-struktuur genoem, wat streng differensiële impedansie kan verseker. Beheer (2Z0), soos getoon in Figuur 1-8-19.

Differensiële spore kan ook in verskillende seinlae loop, maar hierdie metode word oor die algemeen nie aanbeveel nie, want die verskille in impedansie en vias wat deur verskillende lae geproduseer word, sal die effek van differensiële modus transmissie vernietig en algemene modus geraas inbring. Daarbenewens, as die aangrensende twee lae nie styf gekoppel is nie, sal dit die vermoë van die differensiële spoor verminder om geraas te weerstaan, maar as jy ‘n behoorlike afstand van die omliggende spore kan handhaaf, is oorspraak nie ‘n probleem nie. By algemene frekwensies (onder GHz), sal EMI nie ‘n ernstige probleem wees nie. Eksperimente het getoon dat die verswakking van uitgestraalde energie op ‘n afstand van 500 mils vanaf ‘n differensiële spoor 60 dB bereik het op ‘n afstand van 3 meter, wat voldoende is om aan die FCC elektromagnetiese stralingstandaard te voldoen, so die ontwerper hoef nie ook bekommerd te wees nie baie oor die elektromagnetiese onverenigbaarheid wat veroorsaak word deur onvoldoende differensiële lynkoppeling.

3. Serpentynlyn

Slanglyn is ‘n tipe roeteringsmetode wat dikwels in uitleg gebruik word. Die hoofdoel daarvan is om die vertraging aan te pas om aan die ontwerpvereistes vir die stelseltydberekening te voldoen. Die ontwerper moet eers hierdie begrip hê: die slanglyn sal die seinkwaliteit vernietig, die transmissievertraging verander en probeer om dit te vermy wanneer dit bedraad word. In werklike ontwerp, om te verseker dat die sein voldoende houtyd het, of om die tydsverskuiwing tussen dieselfde groep seine te verminder, is dit egter dikwels nodig om die draad doelbewus te wind.

So, watter effek het die slanglyn op seinoordrag? Waaraan moet ek let wanneer ek bedrading maak? Die twee mees kritieke parameters is die parallelle koppelingslengte (Lp) en die koppelingsafstand (S), soos getoon in Figuur 1-8-21. Natuurlik, wanneer die sein op die slangspoor oorgedra word, sal die parallelle lynsegmente in ‘n differensiële modus gekoppel word. Hoe kleiner die S en hoe groter die Lp, hoe groter is die mate van koppeling. Dit kan veroorsaak dat die transmissievertraging verminder word, en die seinkwaliteit word aansienlik verminder as gevolg van oorspraak. Die meganisme kan verwys na die ontleding van algemene modus en differensiële modus oorspraak in Hoofstuk 3.

Die volgende is ‘n paar voorstelle vir uitleg-ingenieurs wanneer hulle met serpentynlyne te doen het:

1. Probeer om die afstand (S) van parallelle lynsegmente te vergroot, ten minste groter as 3H, H verwys na die afstand vanaf die seinspoor na die verwysingsvlak. In leketerme is dit om ‘n groot draai te gaan. Solank as wat S groot genoeg is, kan die onderlinge koppelingseffek byna heeltemal vermy word. 2. Verminder die koppelingslengte Lp. Wanneer die dubbele Lp-vertraging die seinstygtyd nader of oorskry, sal die oorspraak wat gegenereer word, versadiging bereik. 3. Die seintransmissievertraging wat veroorsaak word deur die kronkellyn van die strooklyn of ingebedde mikrostrook is minder as dié van die mikrostrook. In teorie sal die strooklyn nie die transmissietempo beïnvloed nie as gevolg van differensiële modus oorspraak. 4. Vir hoëspoedseinlyne en dié met streng tydsberekeningvereistes, probeer om nie serpentynlyne te gebruik nie, veral in klein areas. 5. Jy kan dikwels slangspore teen enige hoek gebruik, soos die C-struktuur in Figuur 1-8-20, wat onderlinge koppeling effektief kan verminder. 6. In hoëspoed-PCB-ontwerp het die serpentynlyn nie die sogenaamde filter- of anti-interferensievermoë nie, en kan dit slegs die seinkwaliteit verminder, dus word dit slegs vir tydsberekening gebruik en het geen ander doel nie. 7. Soms kan jy spiraalroetering vir wikkeling oorweeg. Simulasie toon dat die effek daarvan beter is as normale serpentynroetes.