Uitleg is een van die mees basiese werkvaardighede van PCB-ontwerp ingenieur. Die kwaliteit van die bedrading het ‘n direkte invloed op die werkverrigting van die hele stelsel; die meeste van die hoëspoedontwerpteorie moet uiteindelik deur Layout verwesenlik en geverifieer word, sodat u kan sien dat bedrading van kardinale belang is in ‘n hoëspoed-PCB-ontwerp. Die volgende sal in die lig van die werklike bedrading in sommige situasies voorkom, die rasionaliteit daarvan ontleed en ‘n meer geoptimaliseerde routingstrategie bied. Hoofsaaklik uit die regte hoeklyn, verskillyn, slanglyn en so aan, drie aspekte om uit te brei.

1. Reghoekige treklyn

Reghoekige bedrading is oor die algemeen nodig om die situasie in PCB-bedrading te vermy, en dit is amper een van die standaarde vir die meting van die kwaliteit van die bedrading, so hoeveel impak sal die reghoekige bedrading op die seintransmissie hê? In beginsel sal reghoekige bedrading die lynwydte van die transmissielyn verander, wat lei tot impedansdiskontinuïteit. In werklikheid kan nie net die regte hoeklyn, tonhoek, skerp hoeklyn impedansieveranderinge veroorsaak nie.

Die invloed van reghoekige belyning op die sein word hoofsaaklik weerspieël in drie aspekte: eerstens kan die hoek gelykstaande wees aan die kapasitiewe las op die transmissielyn, wat die stygtyd vertraag; Tweedens, impedansie diskontinuïteit sal seinweerspieëling veroorsaak; Derde, EMI gegenereer deur die reghoekige punt.

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

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

In die formule hierbo verwys C na die ekwivalente kapasitansie by die hoek (pF), W verwys na die breedte van die lyn (duim), ε R verwys na die diëlektriese konstante van die medium en Z0 is die kenmerkende impedansie van die transmissie lyn. Byvoorbeeld, vir ‘n 4Mils 50 ohm transmissielyn (εr 4.3) is die kapasitansie van ‘n reghoek ongeveer 0.0101pF, en die stygingstydvariasie kan geraam word:

T10-90%= 2.2* C* z0/2 = 2.2* 0.0101* 50/2 = 0.556ps

Uit die berekening kan gesien word dat die kapasitansie-effek wat deur reghoekige bedrading veroorsaak word, uiters klein is.

Namate die lynwydte van die reghoekige lyn toeneem, sal die impedansie op hierdie punt afneem, dus is daar ‘n sekere seinweerspieëlingsverskynsel. Ons kan die ekwivalente impedansie bereken nadat die lynwydte toegeneem het volgens die formule van die impedansieberekening in die gedeelte van transmissielyne, en dan die refleksiekoëffisiënt bereken volgens die empiriese formule: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), die algemene reghoekige bedrading wat lei tot impedansveranderinge tussen 7%-20%, dus is die maksimum refleksiekoëffisiënt ongeveer 0.1. Boonop verander die impedansie van die transmissielyn binne die lengte van die W/2 -lyn, soos uit die onderstaande figuur blyk, en herstel dit na die W/2 -tyd weer na die normale impedansie. Die tyd vir die hele impedansieverandering is baie kort, gewoonlik binne 10ps. So ‘n vinnige en klein verandering is byna weglaatbaar vir die algemene seintransmissie.

Baie mense het so ‘n begrip van reghoekige routing, en glo dat die punt maklik kan uitstraal of elektromagnetiese golwe kan ontvang en EMI kan produseer, wat een van die redes is waarom baie mense dink dat ‘n reghoekige routing nie moontlik is nie. Baie praktiese toetsresultate toon egter dat reghoekige lyn nie veel EMI lewer as reguitlyn nie. Miskien beperk die huidige instrumentprestasie en toetsvlak die akkuraatheid van die toets, maar dit toon ten minste dat die straling van ‘n reghoekige lyn minder is as die meetfout van die instrument self. Oor die algemeen is reguithoekbelyning nie so vreeslik soos dit mag lyk nie. Ten minste in toepassings onder GHz word effekte soos kapasitansie, weerkaatsing, EMI, ens. Amper nie in TDR -toetse weerspieël nie. Die ontwerpingenieur van hoëspoed-PCB moet fokus op uitleg, krag/grondontwerp, bedradingsontwerp, gate, ens. Alhoewel die gevolge van ‘n reghoekige go -line natuurlik nie baie ernstig is nie, maar nie te sê het dat ons in ‘n regte hoek kan loop nie, is aandag aan detail die belangrikste kwaliteit vir elke goeie ingenieur, en met die vinnige ontwikkeling van digitale stroombane. , PCB -ingenieurs wat die seinfrekwensie verwerk, sal ook voortgaan om te verbeter tot meer as 10 GHZ RF -ontwerpveld, Hierdie klein regte hoeke kan die fokus van hoëspoedprobleme word.

2. Verskil van

DifferenTIal Signal word wyd gebruik in hoëspoed-stroombaanontwerp. Die belangrikste sein in ‘n stroombaan is DifferenTIal Signal -ontwerp. Hoe om die goeie prestasie in PCB -ontwerp te verseker? Met hierdie twee vrae in gedagte, gaan ons oor na die volgende deel van ons bespreking.

Wat is ‘n differensiële sein? In gewone Engels stuur die bestuurder twee ekwivalente en omgekeerde seine, en die ontvanger vergelyk die verskil tussen die twee spannings om te bepaal of die logiese toestand “0” of “1” is. Die paar drade wat differensiële seine dra, word differensiaaldrade genoem.

In vergelyking met gewone enkel-eindige seinroetering, het differensiële sein die duidelikste voordele in die volgende drie aspekte:

A. Sterk anti-inmengingsvermoë, omdat die koppeling tussen twee differensiële lyne baie goed is; as daar geraasinterferensie is, word dit byna aan twee lyne gelyktydig gekoppel, en die ontvanger gee slegs om oor die verskil tussen die twee seine, sodat die eksterne gemene modus-geraas heeltemal gekanselleer kan word.

B. Dit kan EMI effektief onderdruk. Omdat twee seine van teenoorgestelde polariteit is, kan die elektromagnetiese veld wat deur hulle uitgestraal word, mekaar ook kanselleer. Hoe nader die koppeling is, hoe minder elektromagnetiese energie word aan die buitewêreld vrygestel.

C. Die posisionering van die tydsberekening is akkuraat. Aangesien die wisselverandering van differensiële seine op die kruising van twee seine geleë is, word dit, in teenstelling met gewone enkel-eindige seine wat deur hoë en lae drempelspanning beoordeel word, minder beïnvloed deur proses en temperatuur, wat tydsberekeningfoute kan verminder en meer geskik is vir stroombane met lae amplitude seine. LVDS (low voltage differenTIalsignaling) verwys na hierdie klein amplitude differensiaal seintegnologie.

Vir PCB -ingenieurs is die belangrikste bekommernis hoe om te verseker dat hierdie voordele van differensiële routing ten volle benut kan word in die werklike routing. Miskien sal mense, solank dit in aanraking is met die uitleg, die algemene vereistes van differensiële routing verstaan, dit wil sê “gelyke lengte, gelyke afstand”. Isometries is om te verseker dat die twee differensiële seine altyd die teenoorgestelde polariteit handhaaf, en die gemeenskaplike modus komponent verminder; Isometries is hoofsaaklik om dieselfde differensiële impedansie te verseker, refleksie te verminder. ‘So na as moontlik’ is soms een van die vereistes vir differensiële routing. Maar nie een van hierdie reëls is bedoel om meganies toegepas te word nie, en dit lyk asof baie ingenieurs nie die aard van hoëspoed-differensiële sein verstaan ​​nie. Die volgende fokus op verskeie algemene foute in die ontwerp van PCB -differensiële seine.

Wanopvatting 1: Differensiële seine het nie ‘n grondvlak nodig as terugvloeipad nie, of dink dat differensiallyne mekaar ‘n terugvloeipad bied. Die oorsaak van hierdie misverstand word verwar deur die oppervlakverskynsel, of die meganisme van hoëspoedsein-oordrag is nie diep genoeg nie. Soos gesien kan word uit die struktuur van die ontvangkant in FIG. 1-8-15, die emitterstrome van transistors Q3 en Q4 is ekwivalent en teenoorgesteld, en hul stroom by die aansluiting kanselleer mekaar presies (I1 = 0). Daarom is die differensiële stroombaan ongevoelig vir soortgelyke grondprojekte en ander geraasseine wat in die kragtoevoer en grondvlak kan voorkom. Die gedeeltelike terugvloei -kansellasie van die grondvlak beteken nie dat die differensiële stroombaan nie die verwysingsvlak as die seinretourpad neem nie. In sein-terugvloei-analise is die meganisme van differensiële routing eintlik dieselfde as vir gewone enkel-end routing, naamlik hoë

Die frekwensiesin vloei altyd terug met die kleinste induktansie langs die stroombaan. Die grootste verskil lê daarin dat die verskillyn nie net koppeling met die grond het nie, maar ook koppeling tussen mekaar het. Die sterk koppeling word die belangrikste terugvloeipad.

In die ontwerp van die PCB -stroombaan is die koppeling tussen differensiële bedrading oor die algemeen klein, wat gewoonlik slegs 10 ~ 20% van die koppelingsgraad uitmaak, en die grootste deel van die koppeling is op die grond, sodat die belangrikste terugvloeipad van differensiële bedrading steeds in die grond bestaan vliegtuig. In die geval van diskontinuïteit in die plaaslike vlak, bied die koppeling tussen differensiële roetes die belangrikste terugvloeipad in die gebied sonder verwysingsvlak, soos getoon in FIG. 1-8-17. Alhoewel die impak van die diskontinuïteit van die verwysingsvlak op differensiële bedrading nie so ernstig is as die van gewone enkelpuntbedrading nie, sal dit steeds die kwaliteit van die differensiële sein verminder en die EMI verhoog, wat sover moontlik vermy moet word. Sommige ontwerpers glo dat die verwysingsvlak van die lyn van differensiële transmissie verwyder kan word om ‘n deel van die gewone modus sein in differensiële transmissie te onderdruk, maar teoreties is hierdie benadering nie wenslik nie. Hoe om die impedansie te beheer? Sonder om ‘n grondimpedansie-lus vir ‘n gewone modus sein te verskaf, sal EMI-straling waarskynlik veroorsaak word, wat meer skade as goed doen.

Mite 2: Die handhawing van gelyke spasiëring is belangriker as die ooreenstemmende lynlengte. In die werklike PCB -bedrading kan dit dikwels nie aan die vereistes van differensiële ontwerp voldoen nie. As gevolg van die verspreiding van penne, gate en bedradingsruimte en ander faktore, is dit nodig om die lengte -ooreenstemmende lyn te bereik deur middel van gepaste wikkeling, maar die resultaat is onvermydelik deel van die verskilpaar, wat tans nie parallel kan wees nie, hoe om te kies? Voordat ons tot gevolgtrekkings gaan, kyk ons ​​na die volgende simulasie -resultate. Uit die bogenoemde simulasieresultate kan gesien word dat golfvorme van skema 1 en skema 2 byna saamval, dit wil sê, die invloed van ongelyke spasiëring is minimaal en die invloed van lynlengtevergelyking is baie groter op die tydsberekening (skema 3) . Vanuit die perspektief van teoretiese analise, hoewel die inkonsekwente spasiëring tot die verskil in impedansie sal lei, maar omdat die koppeling tussen die verskilpaar self nie beduidend is nie, is die omvang van impedansieveranderings ook baie klein, gewoonlik binne 10%, slegs ekwivalent na ‘n weerkaatsing wat deur ‘n gat veroorsaak word, wat nie ‘n beduidende impak op die seintransmissie sal hê nie. Sodra die lynlengte nie ooreenstem nie, word, benewens tydsverskuiwing, die gewone moduskomponente in die differensiële sein ingebring, wat die kwaliteit van die sein verminder en die EMI verhoog.

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

Wanopvatting drie: dink die verskillyn moet baie naby staatmaak. Die punt om die verskillyne naby mekaar te hou, is niks anders as om hul koppeling te verhoog nie, beide om hul immuniteit teen ruis te verbeter en om voordeel te trek uit die teenoorgestelde polariteit van die magnetiese veld om elektromagnetiese interferensie van die buitewêreld uit te skakel. Alhoewel hierdie benadering in die meeste gevalle baie gunstig is, is dit nie absoluut nie. As hulle ten volle beskerm kan word teen eksterne interferensie, hoef ons nie meer die doel van anti-interferensie en EMI-onderdrukking te bereik deur ‘n sterk verbinding met mekaar nie. Hoe om te verseker dat differensiële routing goeie isolasie en afskerming het? Die afstand tussen die lyne en ander seine is een van die mees basiese maniere. Die energie van elektromagnetiese veld neem af met die kwadraatverhouding van die afstand. Oor die algemeen, as die afstand tussen die lyne meer as 4 keer die lynwydte is, is die inmenging tussen hulle uiters swak en kan dit basies geïgnoreer word. Boonop kan die isolasie deur die grondvlak ook ‘n goeie afskermingseffek bied. Hierdie struktuur word gereeld gebruik in hoëfrekwensie (bo 10G) IC-verpakte PCB-ontwerpe, bekend as die CPW-struktuur, om streng differensiële impedansie-beheer (2Z0) te verseker, FIG. 1-8-19.

Differensiële routing kan ook in verskillende seinlae uitgevoer word, maar dit word oor die algemeen nie aanbeveel nie, want verskille soos impedansie en deur gate in verskillende lae kan die differensiële modus transmissie -effek vernietig en algemene modus geraas veroorsaak. Verder, as die twee aangrensende lae nie styf gekoppel is nie, word die vermoë van differensiële roete verminder om geraas te weerstaan, maar kruisspraak is nie ‘n probleem as behoorlike spasiëring met die omliggende roete gehandhaaf word nie. In die algemene frekwensie (onder GHz) sal EMI nie ‘n ernstige probleem wees nie. Eksperimente toon dat die verswakking van stralingsenergie van differensiële lyne met ‘n afstand van 500Mil verder as 3 meter 60dB bereik het, wat genoeg is om aan die elektromagnetiese stralingsstandaard van FCC te voldoen. Daarom hoef ontwerpers nie te veel bekommerd te wees oor elektromagnetiese onverenigbaarheid wat veroorsaak word deur onvoldoende koppeling van differensiële lyne nie.

3. serpentijn

‘N Slanglyn word gereeld in Layout gebruik. Die hoofdoel daarvan is om die tydsvertraging aan te pas en te voldoen aan die vereistes van die stelsel tydsberekening ontwerp. Ontwerpers moet eers verstaan ​​dat slangdraad die seinkwaliteit sal vernietig, die vertraging van die transmissie sal verander en vermy moet word tydens die bedrading. In die praktiese ontwerp, moet die wikkeling egter doelbewus uitgevoer word om genoegsame tydsduur van seine te verseker of om die tydsverskil tussen dieselfde groep seine te verminder.

So, wat doen die slang om die oordrag te gee? Waarop moet ek let as ek oor die lyn loop? Die twee mees kritieke parameters is parallelle koppellengte (Lp) en koppelafstand (S), soos in FIG. 1-8-21. As die sein in ‘n serpentynlyn oorgedra word, is dit duidelik dat daar ‘n koppeling tussen parallelle lynsegmente in die vorm van differensiemodus sal wees. Hoe kleiner S is, hoe groter Lp is, en hoe groter sal die koppelingsgraad wees. Dit kan lei tot verminderde transmissievertragings en ‘n aansienlike vermindering van die seingehalte as gevolg van kruisbespreking, soos beskryf in hoofstuk 3 vir die ontleding van gemeenskaplike modus en differensiële modus oorspraak.

Hier is ‘n paar wenke vir uitlegingenieurs in die hantering van serpentines:

1. Probeer die afstand (S) van die parallelle lynsegment, wat ten minste groter is as 3H, vergroot. H verwys na die afstand van die seinlyn na die verwysingsvlak. Oor die algemeen is dit ‘n groot kromme. Solank S groot genoeg is, kan die koppelingseffek byna heeltemal vermy word.

2. As die koppellengte Lp verminder word, sal die oorspraak wat gegenereer word, versadiging bereik wanneer die vertraging van Lp twee keer die seinstygtyd nader of oorskry.

3. Die seinoordragvertraging wat veroorsaak word deur die slangagtige lyn van strooklyn of ingebedde mikrostrook, is kleiner as dié van mikrostrook. Teoreties beïnvloed die lintlyn nie die transmissietempo nie as gevolg van die differensiële modus oorspraak.

4. Vir hoëspoed- en seinlyne met streng vereistes vir tydsberekening, probeer om nie slanglyne te loop nie, veral in ‘n klein gebied.

5. Die serpentine routing in enige hoek kan gereeld aangeneem word. Die C -struktuur in FIG. 1-8-20 kan die koppeling tussen mekaar effektief verminder.

6. In hoëspoed-PCB-ontwerp het serpentine geen sogenaamde filter- of anti-inmengingsvermoë nie, en kan dit slegs die seinkwaliteit verminder, dus word dit slegs gebruik vir tydsberekening en geen ander doel nie.

7. Soms kan spiraalwikkeling oorweeg word. Simulasie toon dat die effek daarvan beter is as normale slangwinding.