Layout, PCB dizayn mühəndisləri üçün ən əsas iş bacarıqlarından biridir. Naqillərin keyfiyyəti bütün sistemin işinə birbaşa təsir edəcəkdir. Əksər yüksək sürətli dizayn nəzəriyyələri nəhayət Layout vasitəsilə həyata keçirilməli və təsdiqlənməlidir. Görünür ki, naqil çox vacibdir yüksək sürətli PCB dizayn. Aşağıda faktiki naqillərdə rastlaşa biləcək bəzi vəziyyətlərin rasionallığı təhlil ediləcək və daha optimallaşdırılmış marşrutlaşdırma strategiyaları veriləcəkdir.

Əsasən üç aspektdən izah olunur: düzbucaqlı naqillər, diferensial naqillər və serpantin naqilləri.

1. Düzbucaqlı marşrutlaşdırma

Düzbucaqlı naqillər ümumiyyətlə PCB naqillərində mümkün qədər qaçınılması lazım olan bir vəziyyətdir və demək olar ki, naqillərin keyfiyyətini ölçmək üçün standartlardan birinə çevrilmişdir. Beləliklə, düzgün bucaqlı naqillərin siqnal ötürülməsinə nə qədər təsiri olacaq? Prinsipcə, düzbucaqlı marşrutlaşdırma ötürmə xəttinin xəttinin enini dəyişərək, empedansda kəsilməyə səbəb olacaq. Əslində, təkcə düzbucaqlı marşrut deyil, həm də künclər və kəskin bucaqlı marşrutlama impedans dəyişikliklərinə səbəb ola bilər.

Düzbucaqlı marşrutlaşdırmanın siqnala təsiri əsasən üç aspektdə əks olunur:

Biri odur ki, künc ötürmə xəttindəki kapasitiv yükə bərabər ola bilər, bu da yüksəlmə vaxtını yavaşlatır; ikincisi, empedans kəsilməsi siqnalın əks olunmasına səbəb olacaq; üçüncüsü sağ bucaq ucunun yaratdığı EMI-dir.

Ötürmə xəttinin düzgün bucağından yaranan parazit tutumu aşağıdakı empirik düsturla hesablamaq olar:

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

Yuxarıdakı düsturda C küncün ekvivalent tutumuna (vahid: pF), W izin eninə (vahid: düym), εr mühitin dielektrik davamlılığına, Z0 isə xarakterik empedansa aiddir. ötürmə xəttinin. Məsələn, 4Mils 50 ohm ötürmə xətti üçün (εr 4.3), düzgün bucağın gətirdiyi tutum təxminən 0.0101pF-dir və sonra bunun səbəb olduğu yüksəlmə vaxtının dəyişməsi təxmin edilə bilər:

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

Düzbucaqlı izinin gətirdiyi kapasitans effektinin son dərəcə kiçik olduğunu hesablamaqla görmək olar.

Düzbucaqlı izinin xətti eni artdıqca, oradakı empedans azalacaq, buna görə də müəyyən bir siqnalın əks olunması fenomeni baş verəcəkdir. Ötürmə xətti fəslində qeyd olunan empedans hesablama düsturuna əsasən xəttin eni artdıqdan sonra ekvivalent empedansı hesablaya və empirik düstura görə əks əmsalını hesablaya bilərik:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Ümumiyyətlə, düzbucaqlı naqillərin yaratdığı empedans dəyişikliyi 7-20% arasındadır, buna görə də maksimum əks əmsalı təxminən 0.1-dir. Üstəlik, aşağıdakı şəkildən göründüyü kimi, ötürücü xəttin empedansı W/2 xəttinin uzunluğu daxilində minimuma dəyişir və sonra W/2 vaxtından sonra normal empedansa qayıdır. Bütün empedans dəyişmə müddəti çox qısadır, çox vaxt 10 ps-dir. İçəridə bu cür sürətli və kiçik dəyişikliklər ümumi siqnal ötürülməsi üçün demək olar ki, əhəmiyyətsizdir.

Bir çox insanlar düzbucaqlı naqillər haqqında bu anlayışa malikdirlər. Onlar ucun elektromaqnit dalğalarını ötürmək və ya qəbul etmək və EMI yaratmaq asan olduğunu düşünürlər. Bu, bir çox insanın düzgün bucaqlı naqillərin çəkilə bilməyəcəyini düşünməsinin səbəblərindən birinə çevrildi. Bununla belə, bir çox faktiki sınaq nəticələri göstərir ki, düzbucaqlı izlər düz xətlərdən fərqli olaraq aydın EMI yaratmayacaq. Ola bilsin ki, alətin hazırkı performansı və sınaq səviyyəsi testin düzgünlüyünü məhdudlaşdırır, lakin heç olmasa problemi göstərir. Düzbucaqlı naqillərin radiasiyası artıq alətin özünün ölçmə xətasından azdır.

Ümumiyyətlə, düz bucaqlı marşrutlaşdırma təsəvvür edildiyi kimi dəhşətli deyil. Ən azı GHz-dən aşağı olan tətbiqlərdə, kapasitans, əks etdirmə, EMI və s. kimi hər hansı təsirlər TDR testində çətin ki, əks olunur. Yüksək sürətli PCB dizayn mühəndisləri hələ də plana, güc / torpaq dizaynına və naqil dizaynına diqqət yetirməlidirlər. Deliklər və digər aspektlər vasitəsilə. Təbii ki, düzbucaqlı naqillərin təsiri çox ciddi olmasa da, bu o demək deyil ki, gələcəkdə hamımız düzbucaqlı naqillərdən istifadə edə bilərik. Detallara diqqət hər bir yaxşı mühəndisin sahib olmalı olduğu əsas keyfiyyətdir. Üstəlik, rəqəmsal sxemlərin sürətli inkişafı ilə PCB mühəndislər tərəfindən işlənmiş siqnalın tezliyi artmağa davam edəcəkdir. 10 GHz-dən yuxarı RF dizaynı sahəsində bu kiçik düz bucaqlar yüksək sürətli problemlərin diqqət mərkəzinə çevrilə bilər.

2. Diferensial marşrutlaşdırma

Diferensial siqnal (DifferensialSignal) yüksək sürətli dövrə dizaynında getdikcə daha geniş istifadə olunur. Dövrədəki ən kritik siqnal tez-tez diferensial quruluşla dizayn edilir. Onu bu qədər populyar edən nədir? PCB dizaynında yaxşı performansını necə təmin etmək olar? Bu iki sualla müzakirənin növbəti hissəsinə keçirik.

Diferensial siqnal nədir? Layman dilində desək, sürücülük ucu iki bərabər və tərs siqnal göndərir və qəbuledici uc iki gərginlik arasındakı fərqi müqayisə edərək məntiq vəziyyətini “0” və ya “1” olaraq qiymətləndirir. Diferensial siqnalları daşıyan izlər cütü diferensial izlər adlanır.

Adi tək uclu siqnal izləri ilə müqayisədə diferensial siqnallar aşağıdakı üç aspektdə ən bariz üstünlüklərə malikdir:

a. Güclü anti-müdaxilə qabiliyyəti, çünki iki diferensial iz arasındakı əlaqə çox yaxşıdır. Kənardan səs-küy müdaxiləsi olduqda, demək olar ki, eyni anda iki xəttə birləşdirilir və qəbuledici tərəf yalnız iki siqnal arasındakı fərqə əhəmiyyət verir. Beləliklə, xarici ümumi rejim səs-küyü tamamilə ləğv edilə bilər. b. EMI-ni effektiv şəkildə yatıra bilər. Eyni səbəbdən, iki siqnalın əks qütbləri səbəbindən, onların yaydığı elektromaqnit sahələri bir-birini ləğv edə bilər. Birləşmə nə qədər sıx olarsa, xarici dünyaya daha az elektromaqnit enerjisi verilir. c. Zamanlamanın yerləşdirilməsi dəqiqdir. Diferensial siqnalın keçid dəyişməsi iki siqnalın kəsişməsində yerləşdiyindən, müəyyən etmək üçün yüksək və aşağı həddi gərginliklərdən asılı olan adi tək uclu siqnaldan fərqli olaraq, proses və temperaturdan daha az təsirlənir, hansı ki zamanlama səhvini azaltmaq. , Həm də aşağı amplitudalı siqnal sxemləri üçün daha uyğundur. Hazırkı məşhur LVDS (aşağı gərginlikli diferensial siqnal) bu kiçik amplitudalı diferensial siqnal texnologiyasına aiddir.

PCB mühəndisləri üçün ən çox narahatlıq doğuran məsələ diferensial naqillərin bu üstünlüklərinin faktiki naqillərdə tam istifadə edilməsini necə təmin etməkdir. Bəlkə Layout ilə əlaqə saxlayan hər kəs diferensial naqillərin ümumi tələblərini, yəni “bərabər uzunluq və bərabər məsafəni” başa düşəcək. Bərabər uzunluq iki diferensial siqnalın hər zaman əks qütbləri saxlamasını və ümumi rejim komponentini azaltmasını təmin etməkdir; bərabər məsafə əsasən ikisinin diferensial empedanslarının ardıcıl olmasını təmin etmək və əksetmələri azaltmaq üçündür. “Mümkün qədər yaxın” bəzən diferensial naqillərin tələblərindən biridir. Lakin bütün bu qaydalar mexaniki tətbiq üçün istifadə edilmir və bir çox mühəndislər yüksək sürətli diferensial siqnal ötürülməsinin mahiyyətini hələ də başa düşmürlər.

Aşağıda PCB diferensial siqnal dizaynında bir neçə ümumi anlaşılmazlığa diqqət yetirilir.

Səhv başa düşülmə 1: Diferensial siqnalın qayıdış yolu kimi yer müstəvisinə ehtiyac duymadığına və ya diferensial izlərin bir-biri üçün geri dönüş yolunu təmin etdiyinə inanılır. Bu anlaşılmazlığın səbəbi onların səthi hadisələrlə çaşqın olması və ya yüksək sürətli siqnal ötürülməsi mexanizminin kifayət qədər dərin olmamasıdır. Şəkil 1-8-15-in qəbuledici ucunun quruluşundan görünür ki, Q3 və Q4 tranzistorlarının emitent cərəyanları bərabər və əksdir və onların yerdəki cərəyanları bir-birini tam olaraq ləğv edir (I1=0), ona görə də diferensial dövrə Oxşar sıçrayışlar və güc və yer təyyarələrində mövcud ola biləcək digər səs-küy siqnalları həssas deyil. Torpaq müstəvisinin qismən geri qaytarılmasının ləğvi diferensial dövrənin istinad müstəvisini siqnalın qayıdış yolu kimi istifadə etməməsi demək deyil. Əslində, siqnalın qaytarılması təhlilində, diferensial naqillərin və adi tək uclu naqillərin mexanizmi eynidir, yəni yüksək tezlikli siqnallar həmişə döngə boyunca ən kiçik endüktansa malik Reflow olur, ən böyük fərq ondan ibarətdir ki, əlavə olaraq yerə birləşmə, diferensial xətt də qarşılıqlı birləşməyə malikdir. Hansı növ birləşmə güclüdür, hansı əsas qayıdış yoluna çevrilir. Şəkil 1-8-16 birtərəfli siqnalların və diferensial siqnalların geomaqnit sahəsinin paylanmasının sxematik diaqramıdır.

PCB dövrə dizaynında, diferensial izlər arasındakı birləşmə ümumiyyətlə kiçikdir, çox vaxt yalnız birləşmə dərəcəsinin 10-20% -ni təşkil edir və daha çox yerə birləşmədir, buna görə də diferensial izinin əsas qayıdış yolu hələ də yerdə mövcuddur. təyyarə. Yer müstəvisi kəsildikdə, diferensial izlər arasında birləşmə Şəkil 1-8-17-də göstərildiyi kimi, istinad müstəvisi olmayan ərazidə əsas qayıdış yolunu təmin edəcəkdir. Baxmayaraq ki, istinad müstəvisinin kəsilməsinin diferensial izə təsiri adi tək uclu iz kimi ciddi olmasa da, yenə də diferensial siqnalın keyfiyyətini azaldacaq və EMI-ni artıracaq, bundan da mümkün qədər qaçınmaq lazımdır. . Bəzi dizaynerlər hesab edirlər ki, diferensial ötürülmədə bəzi ümumi rejim siqnallarını sıxışdırmaq üçün diferensial iz altında olan istinad müstəvisi çıxarıla bilər. Lakin nəzəri cəhətdən bu yanaşma arzuolunan deyil. Empedansa necə nəzarət etmək olar? Ümumi rejim siqnalı üçün torpaq empedansı dövrəsinin təmin edilməməsi qaçılmaz olaraq EMI şüalanmasına səbəb olacaqdır. Bu yanaşma yaxşıdan çox zərər verir.

Səhv başa düşülmə 2: Bərabər məsafənin saxlanmasının xətt uzunluğunun uyğunluğundan daha vacib olduğuna inanılır. Faktiki PCB layoutunda, eyni zamanda diferensial dizayn tələblərinə cavab vermək çox vaxt mümkün olmur. Pəncərələrin paylanması, keçidlər və naqillər sahəsinin mövcudluğuna görə, xəttin uzunluğunun uyğunlaşdırılması məqsədi düzgün sarım vasitəsilə əldə edilməlidir, lakin nəticədə diferensial cütün bəzi sahələri paralel ola bilməz. Bu zaman nə etməliyik? Hansı seçim? Nəticələr çıxarmazdan əvvəl aşağıdakı simulyasiya nəticələrinə nəzər salaq.

Yuxarıdakı simulyasiya nəticələrindən görünə bilər ki, Sxem 1 və Sxem 2-nin dalğa formaları demək olar ki, üst-üstə düşür, yəni qeyri-bərabər məsafənin yaratdığı təsir minimaldır. Müqayisə üçün, xəttin uzunluğunun uyğunsuzluğunun zamanlamaya təsiri daha böyükdür. (Sxem 3). Nəzəri təhlildən, baxmayaraq ki, uyğun olmayan məsafə diferensial empedansın dəyişməsinə səbəb olacaq, çünki diferensial cütün özü arasında birləşmə əhəmiyyətli deyil, empedans dəyişmə diapazonu da çox kiçikdir, adətən 10% daxilindədir, bu yalnız bir keçidə bərabərdir. . Çuxurun yaratdığı əksetmə siqnalın ötürülməsinə əhəmiyyətli təsir göstərməyəcək. Xəttin uzunluğu uyğun gəlmədikdə, vaxtın ofsetinə əlavə olaraq, ümumi rejim komponentləri diferensial siqnala daxil edilir ki, bu da siqnalın keyfiyyətini azaldır və EMI-ni artırır.

Demək olar ki, PCB diferensial izlərinin dizaynında ən vacib qayda uyğun xətt uzunluğudur və digər qaydalar dizayn tələblərinə və praktik tətbiqlərə uyğun olaraq çevik şəkildə idarə oluna bilər.

Anlaşılmazlıq 3: Diferensial naqillərin çox yaxın olması lazım olduğunu düşünün. Diferensial izləri yaxın saxlamaq onların birləşməsini gücləndirməkdən başqa bir şey deyil, bu da nəinki səs-küyə qarşı toxunulmazlığı yaxşılaşdıra bilər, həm də xarici dünyaya elektromaqnit müdaxiləsini kompensasiya etmək üçün maqnit sahəsinin əks qütbündən tam istifadə edə bilər. Bu yanaşma əksər hallarda çox faydalı olsa da, mütləq deyil. Əgər onların xarici müdaxilədən tam qorunduğunu təmin edə bilsək, anti-müdaxilə əldə etmək üçün güclü birləşmədən istifadə etməyə ehtiyac yoxdur. Və EMI-nin qarşısını almaq məqsədi. Diferensial izlərin yaxşı izolyasiyasını və qorunmasını necə təmin edə bilərik? Digər siqnal izləri ilə məsafəni artırmaq ən əsas yollardan biridir. Elektromaqnit sahəsinin enerjisi məsafənin kvadratı ilə azalır. Ümumiyyətlə, sətir aralığı xəttin eninin 4 qatını aşdıqda, aralarındakı müdaxilə son dərəcə zəif olur. Göz ardı edilə bilər. Bundan əlavə, yer müstəvisi ilə izolyasiya da yaxşı qoruyucu rol oynaya bilər. Bu struktur tez-tez yüksək tezlikli (10G-dən yuxarı) IC paketi PCB dizaynında istifadə olunur. Ciddi diferensial empedansı təmin edə bilən CPW strukturu adlanır. Nəzarət (2Z0), Şəkil 1-8-19-da göstərildiyi kimi.

Diferensial izlər müxtəlif siqnal təbəqələrində də işləyə bilər, lakin bu üsul ümumiyyətlə tövsiyə edilmir, çünki müxtəlif təbəqələr tərəfindən istehsal olunan empedans və keçid fərqləri diferensial rejim ötürülməsinin təsirini məhv edəcək və ümumi rejim səs-küyünə səbəb olacaq. Bundan əlavə, əgər bitişik iki təbəqə sıx birləşmirsə, bu, diferensial izinin səs-küyün qarşısını almaq qabiliyyətini azaldacaq, lakin ətrafdakı izlərdən lazımi məsafəni saxlaya bilsəniz, çarpazlaşma problem deyil. Ümumi tezliklərdə (GHz-dən aşağı) EMI ciddi problem olmayacaq. Təcrübələr göstərdi ki, diferensial izdən 500 mil məsafədə radiasiya enerjisinin zəifləməsi 60 metr məsafədə 3 dB-ə çatmışdır ki, bu da FCC elektromaqnit şüalanma standartına cavab vermək üçün kifayətdir, buna görə də dizaynerin də narahat olmasına ehtiyac yoxdur. diferensial xəttin qeyri-kafi birləşməsi nəticəsində yaranan elektromaqnit uyğunsuzluğu haqqında çox şey.

3. Serpantin xətti

Snake line Layout-da tez-tez istifadə olunan marşrutlaşdırma metodunun bir növüdür. Onun əsas məqsədi sistem vaxtı dizayn tələblərinə cavab vermək üçün gecikməni tənzimləməkdir. Dizayner ilk növbədə bu anlayışa sahib olmalıdır: serpantin xətti siqnal keyfiyyətini məhv edəcək, ötürülmə gecikməsini dəyişdirəcək və naqil çəkərkən istifadə etməməyə çalışacaq. Bununla belə, faktiki dizaynda siqnalın kifayət qədər saxlama müddətinə malik olmasını təmin etmək və ya eyni qrup siqnallar arasında ofset vaxtını azaltmaq üçün çox vaxt teli bilərəkdən bükmək lazımdır.

Beləliklə, serpantin xətti siqnal ötürülməsinə hansı təsir göstərir? Naqil çəkərkən nələrə diqqət etməliyəm? Ən kritik iki parametr Şəkil 1-8-21-də göstərildiyi kimi paralel birləşmə uzunluğu (Lp) və birləşmə məsafəsidir (S). Aydındır ki, siqnal serpantin izi üzərində ötürüldükdə, paralel xətt seqmentləri diferensial rejimdə birləşdiriləcəkdir. S nə qədər kiçik və Lp nə qədər böyükdürsə, birləşmə dərəcəsi bir o qədər yüksəkdir. Bu, ötürmə ləngiməsinin azalmasına səbəb ola bilər və çarpışma səbəbindən siqnal keyfiyyəti xeyli aşağı düşə bilər. Mexanizm 3-cü Fəsildə ümumi rejim və diferensial rejim çarpazlığının təhlilinə istinad edə bilər.

Aşağıdakılar serpantin xətləri ilə işləyərkən Layout mühəndisləri üçün bəzi təkliflərdir:

1. Paralel xətt seqmentlərinin məsafəsini (S) artırmağa çalışın, ən azı 3H-dən çox, H siqnal izindən istinad müstəvisinə qədər olan məsafəyə aiddir. Layman dili ilə desək, böyük bir döngədən keçməkdir. Nə qədər ki, S kifayət qədər böyükdür, qarşılıqlı birləşmə effekti demək olar ki, tamamilə qarşısını almaq olar. 2. Birləşmə uzunluğunu Lp azaldın. İkiqat Lp gecikməsi siqnalın yüksəlmə müddətinə yaxınlaşdıqda və ya ondan çox olduqda, yaranan çarpazlıq doyma səviyyəsinə çatacaq. 3. Strip-Line və ya Embedded Micro-strip-in serpantin xəttinin yaratdığı siqnal ötürülməsi gecikməsi Mikro-zolağından azdır. Nəzəri olaraq, zolaq xətti diferensial rejimin çarpazlaşması səbəbindən ötürmə sürətinə təsir etməyəcək. 4. Yüksək sürətli siqnal xətləri və ciddi vaxt tələbləri olanlar üçün, xüsusilə kiçik ərazilərdə serpantin xətlərdən istifadə etməməyə çalışın. 5. Siz tez-tez istənilən bucaqda serpantin izlərini istifadə edə bilərsiniz, məsələn, Şəkil 1-8-20-də C strukturu, qarşılıqlı birləşməni effektiv şəkildə azalda bilər. 6. Yüksək sürətli PCB dizaynında, serpantin xətti sözdə filtrasiya və ya anti-müdaxilə qabiliyyətinə malik deyil və yalnız siqnal keyfiyyətini azalda bilər, buna görə də yalnız vaxt uyğunluğu üçün istifadə olunur və başqa heç bir məqsədi yoxdur. 7. Bəzən sarma üçün spiral marşrutu nəzərdən keçirə bilərsiniz. Simulyasiya göstərir ki, onun təsiri adi serpantin marşrutundan daha yaxşıdır.