Layout ən əsas iş bacarıqlarından biridir PCB dizaynı mühəndis. Kabellərin keyfiyyəti bütün sistemin işinə birbaşa təsir edəcək, yüksək sürətli dizayn nəzəriyyəsinin çoxu Layout tərəfindən həyata keçirilməli və təsdiqlənməlidir, buna görə də yüksək sürətli PCB dizaynında naqillərin həlledici rol oynadığını görmək olar. Aşağıdakı faktiki naqillərin bəzi vəziyyətlərlə qarşılaşa biləcəyini, məntiqliliyinin təhlilini və daha optimallaşdırılmış marşrutlaşdırma strategiyası verəcəyini nəzərə alacağıq. Əsasən sağ açı xəttindən, fərq xəttindən, ilan xəttindən və s.

1. Düzbucaqlı keçid xətti

PCB naqillərindəki vəziyyətdən qaçmaq üçün ümumiyyətlə düz bucaqlı tellər tələb olunur və demək olar ki, naqillərin keyfiyyətini ölçmək üçün standartlardan biri halına gəldi, bəs düz bucaqlı naqillərin siqnal ötürülməsinə nə qədər təsiri olacaq? Prinsipcə, düz bucaqlı naqillər ötürmə xəttinin xəttinin genişliyini dəyişəcək və nəticədə impedans kəsilir. Əslində, yalnız sağ açı xətti, ton bucağı, kəskin bucaq xətti empedans dəyişikliklərinə səbəb ola bilməz.

Düz bucaq hizalanmasının siqnala təsiri əsasən üç aspektdə əks olunur: birincisi, künc, ötürmə xəttindəki kapasitiv yükə bərabər ola bilər və yüksəliş vaxtını ləngidir; İkincisi, empedansın kəsilməsi siqnalın əks olunmasına səbəb olacaq; Üçüncüsü, sağ açı ucu ilə yaradılan EMI.

Transmissiya xəttinin sağ açısının səbəb olduğu parazitar tutum aşağıdakı empirik düsturla hesablana bilər:

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

Yuxarıdakı düsturda C, küncdəki ekvivalent kapasitansa (pF), W xəttin genişliyinə (düym), ε R mühitin dielektrik sabitinə, Z0 isə ötürülmənin xarakterik empedansına aiddir. xətt Məsələn, 4Mils 50 ohm ötürmə xətti (εr 4.3) üçün, Düz Bucağın tutumu təxminən 0.0101pF -dir və yüksəliş vaxtının dəyişməsi təxmin edilə bilər:

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

Hesablamadan göründüyü kimi, düz bucaqlı naqillərin gətirdiyi kapasitans effekti son dərəcə kiçikdir.

Düz bucaqlı xəttin xətti eni artdıqca bu nöqtədəki empedans azalacaq, buna görə də müəyyən bir siqnal əks etdirmə fenomeni olacaq. Elektrik xətləri bölməsində göstərilən empedans hesablama düsturuna görə xəttin eni artdıqdan sonra ekvivalent empedansı hesablaya bilərik və sonra empirik düstura görə əks əmsalını hesablaya bilərik: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), ümumi düz bucaqlı naqillərin empedansı 7%-20%arasında dəyişir, buna görə də maksimum əks əmsalı təxminən 0.1-dir. Üstəlik, aşağıdakı şəkildən göründüyü kimi, ötürmə xətti empedansı W/2 xəttinin uzunluğu daxilində minimuma dəyişir və sonra W/2 müddətindən sonra normal empedansa qaytarılır. Bütün empedans dəyişikliyi üçün vaxt çox qısadır, ümumiyyətlə 10 saniyə ərzində. Belə sürətli və kiçik bir dəyişiklik ümumi siqnal ötürülməsi üçün demək olar ki, əhəmiyyətsizdir.

Bir çox insanlar, ucun elektromaqnit dalğalarını yaymaq və ya qəbul etmək və EMI istehsal etmək asan olduğuna inandıqları üçün bucaqlı marşrutlaşdırma haqqında belə bir anlayışa sahibdirlər ki, bu da bir çox insanın düz bucaqlı marşrutlaşdırmanın mümkün olmadığını düşünməsinin səbəblərindən biri olmuşdur. Bununla birlikdə, bir çox praktik test nəticələri göstərir ki, düz bucaqlı xətt düz xətdən çox EMI istehsal etmir. Bəlkə də mövcud cihazın performansı və test səviyyəsi testin dəqiqliyini məhdudlaşdırır, amma ən azından göstərir ki, düz bucaqlı xəttin şüalanması cihazın özünün ölçü səhvindən azdır. Ümumiyyətlə, düz bucaq hizalanması göründüyü qədər qorxunc deyil. Ən azından GHz -dən aşağı olan tətbiqlərdə, kapasitans, əks etdirmə, EMI və s. Kimi təsirlər TDR testlərində demək olar ki, əks olunmur. Yüksək sürətli PCB-nin dizayn mühəndisi plana, güc/torpaq dizaynına, naqillərin dizaynına, perforasiyaya və s. Əlbəttə ki, düzbucaqlı keçid xəttinin təsiri çox ciddi olmasa da, sağ açı xəttində gedə biləcəyimizi söyləməsə də, detallara diqqət yetirmək hər bir yaxşı mühəndis üçün əsas keyfiyyətdir və rəqəmsal sxemlərin sürətli inkişafı ilə. PCB mühəndisləri siqnal tezliyinin işlənməsini də 10 GHZ RF dizayn sahəsinə qədər təkmilləşdirməyə davam edəcəklər. Bu kiçik dik açılar yüksək sürətli problemlərin mərkəzinə çevrilə bilər.

2. Fərq

DifferenTIal Siqnal yüksək sürətli sxem dizaynında geniş istifadə olunur. Bir dövrədə ən vacib Siqnal DifferenTIal Siqnal dizaynıdır. PCB dizaynında yaxşı performansını necə təmin etmək olar? Bu iki sualı nəzərə alaraq müzakirəmizin növbəti hissəsinə keçirik.

Diferensial siqnal nədir? Düz İngilis dilində sürücü iki ekvivalent və tərs siqnal göndərir və alıcı məntiqi vəziyyətin “0” və ya “1” olub olmadığını müəyyən etmək üçün iki gərginlik arasındakı fərqi müqayisə edir. Diferensial siqnalları daşıyan tellərə diferensial tellər deyilir.

Adi tək uçlu siqnal marşrutlaşdırması ilə müqayisədə diferensial siqnal aşağıdakı üç cəhətdən ən açıq üstünlüklərə malikdir:

A. Güclü müdaxilə əleyhinə qabiliyyət, çünki iki diferensial xətt arasındakı birləşmə çox yaxşıdır, səs-küy müdaxiləsi olduqda, demək olar ki, eyni anda iki xətlə birləşir və alıcı yalnız iki siqnal arasındakı fərqi düşünür, beləliklə xarici ümumi rejim səs-küyü tamamilə ləğv edilə bilər.

B. EMI -ni təsirli şəkildə boğa bilər. Eynilə, iki siqnal əks qütbdə olduğu üçün onların yaydığı elektromaqnit sahəsi bir -birini ləğv edə bilər. Bağlanma nə qədər yaxın olarsa, xarici dünyaya o qədər az elektromaqnit enerjisi buraxar.

C. Zamanlama mövqeyi dəqiqdir. Diferensial siqnalların keçid dəyişikliyi iki siqnalın kəsişməsində yerləşdiyindən, yüksək və aşağı eşik gərginliyi ilə qiymətləndirilən ümumi bir uclu siqnallardan fərqli olaraq, vaxt səhvlərini azalda bilən və daha uyğun olan proses və temperaturdan daha az təsirlənir. aşağı amplituda siqnalları olan sxemlər üçün. LVDS (aşağı gərginlikli fərqlənmə işarəsi) bu kiçik amplituda diferensial siqnal texnologiyasına aiddir.

PCB mühəndisləri üçün ən vacib narahatlıq, diferensial marşrutlaşdırmanın bu üstünlüklərindən həqiqi marşrutlaşdırmada tam istifadə olunmasını təmin etməkdir. Bəlkə də Layout ilə təmasda olduğu müddətdə insanlar diferensial marşrutlaşdırmanın ümumi tələblərini, yəni “bərabər uzunluq, bərabər məsafə” anlayacaqlar. İzometrik, iki diferensial siqnalın həmişə əks polariteyi saxlamasını təmin etmək, ümumi rejim komponentini azaltmaqdır; İzometrik əsasən eyni diferensial empedansı təmin etmək, əksini azaltmaqdır. “Mümkün qədər yaxın” bəzən diferensial marşrutlaşdırma üçün tələblərdən biridir. Ancaq bu qaydaların heç biri mexaniki olaraq tətbiq edilmir və bir çox mühəndis yüksək sürətli diferensial siqnalizasiyanın mahiyyətini başa düşmür. Aşağıda, PCB diferensial siqnal dizaynında bir çox ümumi səhvlərə diqqət yetirilir.

Yanlış fikir 1: Diferensial siqnalların geriyə axış yolu kimi yer səthinə ehtiyacı yoxdur və ya diferensial xətlərin bir -biri üçün geri axış yolu təmin etdiyini düşünürlər. Bu anlaşılmazlığın səbəbi səthi fenomenlə qarışdırılır və ya yüksək sürətli siqnal ötürmə mexanizmi kifayət qədər dərin deyil. Şəkildə alıcı ucun quruluşundan göründüyü kimi. 1-8-15, Q3 və Q4 tranzistorlarının emitter cərəyanları ekvivalent və əksdir və qovşaqdakı cərəyanları bir-birini tam olaraq ləğv edir (I1 = 0). Buna görə də, diferensial dövrə, enerji təchizatı və torpaq müstəvisində mövcud ola biləcək oxşar torpaq proyeksiyalarına və digər səs -küy siqnallarına həssas deyildir. Yer səthinin geri axının qismən ləğvi, diferensial dövrənin istinad təyyarəsini siqnal geri dönüş yolu kimi qəbul etmədiyi anlamına gəlmir. Əslində, geri qayıtma analizində diferensial marşrutlaşdırma mexanizmi adi tək uçlu marşrutlaşdırma ilə eynidir, yəni yüksək

Tezlik siqnalı həmişə ən kiçik endüktansla dövrə boyunca geri axır. Ən böyük fərq, fərq xəttinin yalnız yerə birləşməməsi deyil, həm də bir -biri ilə birləşməsidir. Güclü birləşmə əsas geri dönmə yolu olur.

PCB dövrə dizaynında, diferensial kabellər arasındakı birləşmə ümumiyyətlə kiçikdir, ümumiyyətlə birləşmə dərəcəsinin yalnız 10 ~ 20% -ni təşkil edir və birləşmənin çoxu yerə bağlıdır, buna görə diferensial naqillərin əsas geri axış yolu hələ də yerdədir təyyarə Yerli müstəvidə kəsilmə halında, diferensial marşrutlar arasındakı birləşmə, Şəkil 1 -də göstərildiyi kimi, bölgədə istinad təyyarəsi olmadan əsas geri axış yolunu təmin edir. 8-17-XNUMX. İstinad təyyarəsinin kəsilməsinin diferensial naqillərə təsiri adi bir uclu naqillər kimi ciddi olmasa da, diferensial siqnalın keyfiyyətini aşağı salacaq və EMI-ni mümkün qədər uzaqlaşdırmalıyıq. Bəzi dizaynerlər, diferensial ötürmə xəttinin istinad təyyarəsinin diferensial ötürmədə ümumi rejim siqnalının bir hissəsini sıxışdırmaq üçün çıxarıla biləcəyinə inanırlar, lakin nəzəri olaraq bu yanaşma arzuolunan deyil. Empedansı necə idarə etmək olar? Ümumi rejim siqnalı üçün torpaq empedans döngəsi təmin etmədən, EMI radiasiyasına səbəb olmaq məcburiyyətindədir, bu da xeyirdən daha çox zərər verir.

Mif 2: Bərabər boşluq saxlamaq xəttin uzunluğunu uyğunlaşdırmaqdan daha vacibdir. Həqiqi PCB naqillərində, tez -tez diferensial dizayn tələblərinə cavab verə bilmir. Sancaqlar, çuxurlar və naqillərin paylanması və digər amillər səbəbiylə uyğun sarım vasitəsilə xətt uzunluğunun uyğunlaşdırılması məqsədinə nail olmaq lazımdır, lakin nəticə istər -istəməz fərq cütlüyünün bir hissəsidir ki, bu zaman necə seçmək? Nəticələrə başlamazdan əvvəl, aşağıdakı simulyasiya nəticələrinə nəzər salaq. Yuxarıdakı simulyasiya nəticələrindən göründüyü kimi, sxem 1 və Sxem 2 -nin dalğa formaları demək olar ki, üst -üstə düşür, yəni qeyri -bərabər aralığın təsiri minimaldır və xətlər uzunluğunun uyğunsuzluğunun təsiri zaman ardıcıllığına daha çoxdur (Sxem 3) . Nəzəri təhlil baxımından, uyğunsuz aralıq fərq empedansının dəyişməsinə səbəb olsa da, fərq cütü arasındakı əlaqə əhəmiyyətli olmadığından, empedans dəyişikliklərinin diapazonu da çox kiçikdir, ümumiyyətlə 10%-də, yalnız ekvivalent siqnalın ötürülməsinə əhəmiyyətli təsir göstərməyəcək bir çuxurun səbəb olduğu bir əksə. Xəttin uzunluğu uyğun gəlmədikdən sonra, zaman ardıcıllığı ofsetinə əlavə olaraq, diferensial siqnala ümumi rejim komponentləri daxil edilir ki, bu da siqnal keyfiyyətini azaldır və EMI -ni artırır.

PCB diferensial məftil dizaynında ən vacib qaydanın xətt uzunluğuna uyğun olduğunu söyləmək olar və digər qaydalar dizayn tələblərinə və praktiki tətbiqlərə uyğun olaraq çevik şəkildə idarə edilə bilər.

Üçüncü səhv anlayış: fərqlilik xəttinin çox yaxından etibar edilməli olduğunu düşünürəm. Fərq xətlərini bir -birinə yaxın tutmağın məqsədi, həm səs -küyə qarşı toxunulmazlığını artırmaq, həm də xarici aləmdən gələn elektromaqnit müdaxiləsini ləğv etmək üçün maqnit sahəsinin əks polaritesindən faydalanmaq üçün onların birləşməsini artırmaqdan başqa bir şey deyil. Bu yanaşma əksər hallarda çox əlverişli olsa da, mütləq deyil. Xarici müdaxilədən tam qoruna bilsələr, bir-birimizlə güclü birləşmə yolu ilə müdaxilə əleyhinə və EMI-nin qarşısını almaq məqsədinə çatmağa ehtiyacımız yoxdur. Diferensial marşrutlaşdırmanın yaxşı izolyasiya və qoruyuculuğa malik olmasını necə təmin etmək olar? Xəttlərlə digər siqnallar arasındakı məsafəni artırmaq ən əsas yollardan biridir. Məsafənin kvadrat nisbəti ilə elektromaqnit sahəsinin enerjisi azalır. Ümumiyyətlə, xətlər arasındakı məsafə xətt genişliyinin 4 qatından çox olduqda, aralarındakı müdaxilə son dərəcə zəifdir və əsasən nəzərə alınmır. Bundan əlavə, yer səthindən izolyasiya da yaxşı bir qoruyucu təsir göstərə bilər. Bu quruluş, CPW quruluşu olaraq bilinən yüksək tezlikli (10G-dən yuxarı) IC paketli PCB dizaynlarında ciddi diferensial empedans nəzarətini (2Z0) təmin etmək üçün istifadə olunur, Şəkil. 1-8-19.

Diferensial marşrutlaşdırma fərqli siqnal təbəqələrində də həyata keçirilə bilər, lakin bu ümumiyyətlə tövsiyə edilmir, çünki empedans və fərqli təbəqələrdəki deşiklər kimi fərqlər diferensial rejim ötürmə effektini məhv edə və ümumi rejim səs -küyünə səbəb ola bilər. Bundan əlavə, əgər iki bitişik təbəqə bir -birinə sıx bağlanmasa, diferensial marşrutlaşdırmanın səs -küyə qarşı müqavimət qabiliyyəti azalacaq, lakin ətrafdakı marşrutlaşdırma ilə düzgün aralıq saxlanılarsa, çarpazlıq problem deyil. Ümumi tezlikdə (GHz -dən aşağı) EMI ciddi bir problem olmayacaq. Təcrübələr göstərir ki, 500 metrdən 3 mil məsafədə olan diferensial xətlərin radiasiya enerjisinin zəifləməsi 60 dB -ə çatmışdır ki, bu da FCC -nin ELEKTROMAGNETİK şüalanma standartına cavab vermək üçün kifayətdir. Buna görə dizaynerlər, diferensial xətlərin kifayət qədər birləşməməsi nəticəsində yaranan elektromaqnit uyğunsuzluğu haqqında çox narahat olmağa ehtiyac yoxdur.

3. Serpentine

Layoutda tez -tez bir serpantin xətti istifadə olunur. Onun əsas məqsədi vaxt gecikməsini tənzimləmək və sistem zamanlama dizaynının tələblərinə cavab verməkdir. Dizaynerlər əvvəlcə serpantin telinin siqnal keyfiyyətini pozacağını, ötürmə gecikməsini dəyişdirəcəyini və kabel çəkərkən qarşısını almaq lazım olduğunu başa düşməlidirlər. Bununla birlikdə, praktiki dizaynda, siqnalların kifayət qədər tutulma müddətini təmin etmək və ya eyni siqnal qrupu arasındakı vaxtın azalmasını azaltmaq üçün dolama qəsdən aparılmalıdır.

Bəs ilan siqnal ötürmək üçün nə edir? Xətti gəzərkən nələrə diqqət etməliyəm? Ən vacib iki parametr, Şəkildə göstərildiyi kimi paralel bağlama uzunluğu (Lp) və bağlama məsafəsi (S) dir. 1-8-21. Aydındır ki, siqnal serpantin xəttində ötürüldükdə, paralel xətt seqmentləri arasında fərq rejimi şəklində birləşmə olacaq. S nə qədər kiçik olsa, Lp o qədər böyükdür və birləşmə dərəcəsi daha yüksək olacaqdır. Bu, ümumi rejimin və diferensial rejimin kəsişməsinin təhlili üçün 3 -cü fəsildə təsvir edildiyi kimi ötürmə gecikmələrinin azalması və kəsişmə səbəbindən siqnal keyfiyyətinin əhəmiyyətli dərəcədə azalması ilə nəticələnə bilər.

Serpantinlərlə işləyərkən Layout mühəndisləri üçün bəzi məsləhətlər:

1. Ən azı 3H -dən çox olan paralel xətt seqmentinin məsafəsini (S) artırmağa çalışın. H, siqnal xəttindən istinad müstəvisinə olan məsafəni ifadə edir. Ümumiyyətlə, böyük bir döngə götürməkdir. S kifayət qədər böyük olduğu müddətdə birləşmə təsirindən demək olar ki, tamamilə qaçınmaq olar.

2. Lp birləşmə uzunluğu azaldıqda, Lp gecikməsi iki dəfə yaxınlaşdıqda və ya siqnalın yüksəlmə vaxtını keçəndə yaranan çarpazlıq doyma həddinə çatacaq.

3. Yılana bənzər zolaq xətti və ya gömülü mikro zolaqdan yaranan siqnal ötürmə gecikməsi mikro zolaqdan daha kiçikdir. Teorik olaraq, lent xətti diferensial rejimin kəsişməsi səbəbindən ötürmə sürətinə təsir etmir.

4. Zamanlama ilə bağlı ciddi tələbləri olan yüksək sürətli və siqnal xətləri üçün xüsusilə kiçik bir ərazidə serpantin xətləri gəzməməyə çalışın.

5. Hər hansı bir açıdakı ilan marşrutu tez -tez qəbul edilə bilər. Şəkildə C quruluşu. 1-8-20, bir-biri ilə əlaqəni təsirli şəkildə azalda bilər.

6. Yüksək sürətli PCB dizaynında, serpantinin sözdə filtrasiya və ya müdaxilə əleyhinə qabiliyyəti yoxdur və yalnız siqnal keyfiyyətini azalda bilər, buna görə də yalnız vaxt uyğunluğu üçün istifadə olunur və başqa məqsəd yoxdur.

7. Bəzən spiral sarım hesab edilə bilər. Simulyasiya, təsirinin normal serpantin sarımdan daha yaxşı olduğunu göstərir.