Макет з’яўляецца адным з самых асноўных навыкаў для інжынераў-канструктараў друкаваных плат. Ад якасці праводкі напрамую будзе залежаць працаздольнасць ўсёй сістэмы. Большасць тэорый высакахуткаснага праектавання павінны быць канчаткова рэалізаваны і правераны праз Layout. Відаць, што праводка вельмі важная ў высакахуткасная друкаваная плата дызайн. Ніжэй будзе прааналізавана рацыянальнасць некаторых сітуацый, якія могуць узнікнуць пры фактычнай праводцы, і прыведзены некаторыя больш аптымізаваныя стратэгіі маршрутызацыі.

У асноўным гэта тлумачыцца з трох аспектаў: ​​правакутная праводка, дыферэнцыяльная праводка і змеепадобныя праводка.

1. Прамавугольная маршрутызацыя

Праводка пад прамым вуглом – гэта звычайна сітуацыя, якой трэба максімальна пазбягаць пры разводцы друкаванай платы, і яна амаль стала адным са стандартаў для вымярэння якасці праводкі. Такім чынам, які ўплыў будзе мець правакутная праводка на перадачу сігналу? У прынцыпе, маршрутызацыя пад прамым вуглом зменіць шырыню лініі перадачы, выклікаючы разрыў імпедансу. На самай справе, не толькі пад прамым вуглом, але і па вуглах і пад вострым вуглом могуць змяніцца імпеданс.

Уплыў прамавугольнай маршрутызацыі на сігнал у асноўным адлюстроўваецца ў трох аспектах:

Адным з іх з’яўляецца тое, што кут можа быць эквівалентным ёмістай нагрузцы на лініі перадачы, што запавольвае час нарастання; па-другое, што разрыў імпедансу прывядзе да адлюстравання сігналу; трэцяе – гэта EMI, генераваны наканечнікам пад прамым вуглом.

Паразітная ёмістасць, выкліканая прамым вуглом лініі перадачы, можа быць разлічана па наступнай эмпірычнай формуле:

C = 61 Вт (Er) 1/2/Z0

У прыведзенай вышэй формуле C адносіцца да эквівалентнай ёмістасці кута (адзінка: пФ), W – да шырыні следу (адзінка: цалі), εr адносіцца да дыэлектрычнай пранікальнасці асяроддзя, а Z0 – гэта характэрны імпеданс лініі перадачы. Напрыклад, для лініі перадачы 4Mils 50 Ом (εr роўна 4.3) ёмістасць, прынесеная прамым вуглом, складае каля 0.0101 пФ, і тады можна ацаніць змяненне часу нарастання, выкліканае гэтым:

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

Пры разліках можна ўбачыць, што эфект ёмістасці, які прыносіць прамавугольны след, надзвычай малы.

Па меры павелічэння шырыні лініі прамавугольнай трасы, імпеданс там будзе памяншацца, таму будзе адбывацца пэўная з’ява адлюстравання сігналу. Мы можам вылічыць эквівалентны імпеданс пасля павелічэння шырыні лініі ў адпаведнасці з формулай разліку імпедансу, згаданай у раздзеле лініі перадачы, а затым разлічыць каэфіцыент адлюстравання ў адпаведнасці з эмпірычнай формулай:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Як правіла, змяненне імпедансу, выкліканае праводкай пад прамым вуглом, складае ад 7% да 20%, таму максімальны каэфіцыент адлюстравання складае каля 0.1. Больш за тое, як відаць з малюнка ніжэй, імпеданс лініі перадачы змяняецца да мінімуму ў межах даўжыні лініі W/2, а затым вяртаецца да нармальнага імпедансу пасля часу W/2. Увесь час змены імпедансу надзвычай кароткі, часта ў межах 10 пс. Унутры такія хуткія і невялікія змены амаль нязначныя для агульнай перадачы сігналу.

Многія людзі маюць такое разуменне праводкі пад прамым вуглом. Яны думаюць, што наканечнік лёгка перадаваць або прымаць электрамагнітныя хвалі і генераваць EMI. Гэта стала адной з прычын, чаму многія людзі думаюць, што праводка пад прамым вуглом не можа быць праведзена. Тым не менш, многія фактычныя вынікі тэставання паказваюць, што прамыя сляды не будуць ствараць відавочныя EMI, чым прамыя лініі. Магчыма, бягучая прадукцыйнасць прыбора і ўзровень тэставання абмяжоўваюць дакладнасць тэсту, але, па меншай меры, гэта ілюструе праблему. Выпраменьванне правакутнай праводкі ўжо менш, чым хібнасць вымярэння самога прыбора.

Увогуле, трасіроўка пад прамым вуглом не такая страшная, як уяўлялася. Прынамсі, у прыкладаннях ніжэй за Ггц любыя эфекты, такія як ёмістасць, адлюстраванне, EMI і г.д., амаль не адлюстроўваюцца ў тэсціраванні TDR. Інжынеры-канструктары высакахуткасных друкаваных плат па-ранейшаму павінны засяродзіцца на кампаноўцы, канструкцыі харчавання / зазямлення і дызайне праводкі. Праз адтуліны і іншыя аспекты. Вядома, хоць уплыў праводкі пад прамым вуглом не вельмі сур’ёзны, гэта не азначае, што мы ўсе можам выкарыстоўваць правакутную праводку ў будучыні. Увага да дэталяў – гэта асноўная якасць, якой павінен валодаць кожны добры інжынер. Больш за тое, з хуткім развіццём лічбавых схем, друкаванай платы частата сігналу, апрацоўванага інжынерамі, будзе працягваць расці. У галіне распрацоўкі радыёчастот вышэй за 10 Ггц гэтыя невялікія прамыя вуглы могуць стаць фокусам праблем, звязаных з высакахуткаснымі.

2. Дыферэнцыяльная маршрутызацыя

Дыферэнцыяльны сігнал (DifferentialSignal) усё шырэй выкарыстоўваецца ў высакахуткасных схемах. Найбольш крытычны сігнал у схеме часта распрацаваны з дыферэнцыяльнай структурай. Што робіць яго такім папулярным? Як забяспечыць яго добрую прадукцыйнасць у дызайне друкаванай платы? З гэтымі двума пытаннямі мы пераходзім да наступнай часткі дыскусіі.

Што такое дыферэнцыяльны сігнал? Калі казаць непрафесіяналам, то вядучы канец пасылае два роўныя і перавернутыя сігналы, а прымаючы канец ацэньвае лагічны стан «0» або «1», параўноўваючы розніцу паміж двума напружаннямі. Пара трас, якія нясуць дыферэнцыяльныя сігналы, называецца дыферэнцыяльнымі трасамі.

У параўнанні са звычайнымі аднаканцовымі сігналамі, дыферэнцыяльныя сігналы маюць найбольш відавочныя перавагі ў трох наступных аспектах:

а. Моцная здольнасць супраць перашкод, таму што сувязь паміж двума дыферэнцыяльнымі трасамі вельмі добрая. Калі ёсць шумавыя перашкоды звонку, яны амаль злучаныя з дзвюма лініямі адначасова, і прымаючы бок клапоціцца толькі пра розніцу паміж двума сігналамі. Такім чынам, знешні сінфагасны шум можа быць цалкам адменены. б. Ён можа эфектыўна душыць EMI. Па гэтай жа прычыне з-за супрацьлеглай палярнасці двух сігналаў выпраменьваныя імі электрамагнітныя палі могуць нівеліраваць адно аднаго. Чым шчыльней сувязь, тым менш электрамагнітнай энергіі выходзіць у знешні свет. в. Тэрмін пазіцыянавання дакладна. Паколькі пераключэнне дыферэнцыяльнага сігналу размешчана на скрыжаванні двух сігналаў, у адрозненне ад звычайнага несимметричного сігналу, які залежыць ад высокага і нізкага парогавых напружанняў для вызначэння, на яго менш уплываюць працэс і тэмпература, якія могуць паменшыць хібнасць у часе. , Але таксама больш падыходзіць для нізкаамплітудных сігнальных ланцугоў. Сучасная папулярная LVDS (lowvoltagedifferentialsignaling) адносіцца да гэтай тэхналогіі дыферэнцыяльнага сігналу малой амплітуды.

Інжынеры PCB найбольш заклапочаныя тым, як гарантаваць, што гэтыя перавагі дыферэнцыяльнай праводкі могуць быць у поўнай меры выкарыстаны ў фактычнай праводцы. Магчыма, той, хто меў зносіны з Layout, зразумее агульныя патрабаванні дыферэнцыяльнай праводкі, гэта значыць «роўнай даўжыні і роўнай адлегласці». Роўная даўжыня павінна гарантаваць, што два дыферэнцыяльных сігналу заўсёды падтрымліваюць супрацьлеглыя палярнасці і памяншаюць складнік сінфагаснага; аднолькавая адлегласць у асноўным для таго, каб дыферэнцыяльныя імпедансы двух з’яўляліся ўзгодненымі і памяншалі адлюстраванне. «Як мага бліжэй» часам з’яўляецца адным з патрабаванняў дыферэнцыяльнай праводкі. Але ўсе гэтыя правілы не прывыклі механічна прымяняць, і многія інжынеры, здаецца, да гэтага часу не разумеюць сутнасці хуткаснай дыферэнцыяльнай перадачы сігналу.

Ніжэй прысвечана некалькі распаўсюджаных непаразуменняў у дызайне дыферэнцыяльнага сігналу друкаванай платы.

Непаразуменне 1: Лічыцца, што дыферэнцыяльны сігнал не мае патрэбу ў плоскасці зямлі ў якасці зваротнага шляху, або што дыферэнцыяльныя трасы забяспечваюць зваротны шлях адзін для аднаго. Прычына гэтага непаразумення ў тым, што іх бянтэжаць павярхоўныя з’явы, або механізм хуткаснай перадачы сігналу недастаткова глыбокі. Як відаць з структуры прыёмнага боку на малюнку 1-8-15, токі эмітара транзістараў Q3 і Q4 роўныя і процілеглыя, і іх токі ў зямлі дакладна нівеліруюць адзін аднаго (I1=0), таму дыферэнцыяльная схема. Падобныя адскокі і іншыя сігналы шуму, якія могуць існаваць на плоскасцях харчавання і зазямлення, неадчувальныя. Частковае адмяненне вяртання плоскасці зазямлення не азначае, што дыферэнцыяльная схема не выкарыстоўвае апорную плоскасць у якасці шляху зваротнага сігналу. На самай справе, у аналізе зваротнага сігналу, механізм дыферэнцыяльнай праводкі і звычайнай разводкі адзін і той жа, гэта значыць, высокачашчынныя сігналы заўсёды Reflow ўздоўж контуру з найменшай індуктыўнасцю, самая вялікая розніца ў тым, што ў дадатак да счапленне з зямлёй, дыферэнцыяльная лінія таксама мае ўзаемную сувязь. Якая сувязь моцная, якая становіцца галоўным зваротным шляхам. Малюнак 1-8-16 уяўляе сабой прынцыповую схему размеркавання геамагнітнага поля несканальных сігналаў і дыферэнцыяльных сігналаў.

У распрацоўцы схемы друкаванай платы сувязь паміж дыферэнцыяльнымі трасамі, як правіла, невялікая, часта складае ад 10 да 20% ступені сувязі, і больш – гэта сувязь з зямлёй, таму асноўны зваротны шлях дыферэнцыяльнай трасы ўсё яшчэ існуе на зямлі. самалёт . Калі плоскасць зазямлення разрывная, сувязь паміж дыферэнцыяльнымі трасамі забяспечыць асноўны зваротны шлях у зоне без апорнай плоскасці, як паказана на малюнку 1-8-17. Нягледзячы на ​​тое, што ўплыў разрыву апорнай плоскасці на дыферэнцыяльную трасу не так сур’ёзны, як пры звычайнай аднаканцовай трасе, гэта ўсё роўна прывядзе да зніжэння якасці дыферэнцыяльнага сігналу і павелічэння EMI, чаго варта пазбягаць па меры магчымасці . Некаторыя распрацоўшчыкі лічаць, што апорная плоскасць пад дыферэнцыяльнай трасцай можа быць выдаленая для падаўлення некаторых сігналаў агульнага рэжыму ў дыферэнцыяльнай перадачы. Аднак тэарэтычна такі падыход непажаданы. Як кантраляваць імпеданс? Адсутнасць контуру імпедансу зазямлення для сінфальнага сігналу непазбежна прывядзе да выпраменьвання ЭМП. Такі падыход прыносіць больш шкоды, чым карысці.

Непаразуменне 2: Лічыцца, што захаванне роўнага інтэрвалу важней, чым адпаведнасць даўжыні радка. У фактычнай кампаноўцы друкаванай платы часта немагчыма адначасова задаволіць патрабаванні дыферэнцыяльнага дызайну. У сувязі з існаваннем размеркавання штыфтоў, прахадных адводаў і прасторы для праводкі, мэта ўзгаднення даўжыні лініі павінна быць дасягнута шляхам правільнай абмоткі, але ў выніку павінна быць тое, што некаторыя вобласці дыферэнцыяльнай пары не могуць быць паралельнымі. Што нам рабіць у гэты час? Які выбар? Перш чым рабіць высновы, давайце паглядзім на наступныя вынікі мадэлявання.

З прыведзеных вышэй вынікаў мадэлявання відаць, што формы хвалі схемы 1 і схемы 2 амаль супадаюць, гэта значыць, уплыў, выкліканы няроўным інтэрвалам, мінімальны. Для параўнання, уплыў неадпаведнасці даўжыні радка на час значна больш. (схема 3). З тэарэтычнага аналізу, хоць непаслядоўны інтэрвал прывядзе да змены дыферэнцыяльнага імпедансу, паколькі сувязь паміж дыферэнцыяльнай парай сама па сабе неістотная, дыяпазон змены імпедансу таксама вельмі малы, звычайна ў межах 10%, што эквівалентна толькі аднаму праходу . Адбіццё, выкліканае дзіркай, не будзе мець істотнага ўплыву на перадачу сігналу. Калі даўжыня радка не супадае, у дадатак да зруху сінхранізацыі ў дыферэнцыяльны сігнал уводзяцца кампаненты сінфазнага рэжыму, што зніжае якасць сігналу і павялічвае EMI.

Можна сказаць, што найбольш важным правілам пры распрацоўцы дыферэнцыяльных трас друкаванай платы з’яўляецца адпаведная даўжыня лініі, а іншыя правілы можна гнутка апрацоўваць у адпаведнасці з патрабаваннямі да праектавання і практычным ужываннем.

Непаразуменне 3: Падумайце, што дыферэнцыяльная праводка павінна быць вельмі блізка. Падтрыманне дыферэнцыяльных слядоў блізка – гэта не што іншае, як узмацненне іх сувязі, што можа не толькі палепшыць устойлівасць да шуму, але і ў поўнай меры выкарыстоўваць супрацьлеглую палярнасць магнітнага поля, каб кампенсаваць электрамагнітныя перашкоды знешняга свету. Нягледзячы на ​​тое, што гэты падыход у большасці выпадкаў вельмі карысны, ён не з’яўляецца абсалютным. Калі мы можам гарантаваць, што яны цалкам абаронены ад знешніх умяшанняў, то нам не трэба выкарыстоўваць моцнае злучэнне для дасягнення перашкод. І мэта падаўлення EMI. Як мы можам забяспечыць добрую ізаляцыю і экранаванне дыферэнцыяльных слядоў? Павелічэнне інтэрвалу з дапамогай іншых трас сігналаў з’яўляецца адным з самых асноўных спосабаў. Энергія электрамагнітнага поля памяншаецца з квадратам адлегласці. Як правіла, калі міжрадковы інтэрвал у 4 разы перавышае шырыню лініі, інтэрферэнцыя паміж імі вельмі слабая. Можна ігнараваць. Акрамя таго, ізаляцыя плоскасцю зазямлення таксама можа гуляць добрую экраніруючую ролю. Гэтая структура часта выкарыстоўваецца ў канструкцыі друкаванай платы высокачашчыннага (вышэй 10G) IC пакета. Гэта называецца структурай CPW, якая можа забяспечыць строгі дыферэнцыяльны імпеданс. Кіраванне (2Z0), як паказана на малюнку 1-8-19.

Дыферэнцыяльныя трасы таксама могуць працаваць у розных слаях сігналу, але гэты метад, як правіла, не рэкамендуецца, таму што адрозненні ў імпедансе і адценнях, якія вырабляюцца рознымі слаямі, знішчаюць эфект перадачы дыферэнцыяльнага рэжыму і ўнясуць сінфазны шум. Акрамя таго, калі два суседнія пласта няшчыльна злучаныя, гэта знізіць здольнасць дыферэнцыяльнай трасы супрацьстаяць шуму, але калі вы можаце падтрымліваць належную адлегласць ад навакольных слядоў, перакрыжаваныя перашкоды не з’яўляюцца праблемай. На агульных частотах (ніжэй Ггц) EMI не будзе сур’ёзнай праблемай. Эксперыменты паказалі, што згасанне выпраменьванай энергіі на адлегласці 500 міл ад дыферэнцыяльнай трасы дасягнула 60 дБ на адлегласці 3 метры, што дастаткова, каб адпавядаць стандарту электрамагнітнага выпраменьвання FCC, таму канструктару таксама не трэба турбавацца. шмат пра электрамагнітную несумяшчальнасць, выкліканую недастатковай дыферэнцыяльнай лініяй сувязі.

3. Змеіная лінія

Змяіная лінія – гэта тып метаду маршрутызацыі, які часта выкарыстоўваецца ў Layout. Яго асноўная мэта – наладзіць затрымку ў адпаведнасці з патрабаваннямі праектавання часу сістэмы. Дызайнер павінен найперш разумець: змяіная лінія знішчыць якасць сігналу, зменіць затрымку перадачы і паспрабуе не выкарыстоўваць яе пры праводцы. Аднак у фактычнай канструкцыі, каб гарантаваць, што сігнал мае дастатковы час утрымання, або паменшыць зрушэнне часу паміж адной і той жа групай сігналаў, часта неабходна наўмысна наматаць провад.

Такім чынам, які ўплыў змяінай лініі аказвае на перадачу сігналу? На што трэба звярнуць увагу пры праводцы? Двума найбольш важнымі параметрамі з’яўляюцца паралельная даўжыня сувязі (Lp) і адлегласць (S), як паказана на малюнку 1-8-21. Відавочна, што пры перадачы сігналу па серпантыннай трасе паралельныя адрэзкі лініі будуць спалучацца ў дыферэнцыяльным рэжыме. Чым меншы S і большы Lp, тым большая ступень сувязі. Гэта можа прывесці да памяншэння затрымкі перадачы, а якасць сігналу значна знізіцца з-за перакрыжаваных перашкод. Механізм можа спасылацца на аналіз агульных і дыферэнцыяльных рэжымаў перакрыжаваных перашкод у главе 3.

Ніжэй прыведзены некаторыя прапановы для інжынераў макета пры працы са змеепадобнымі лініямі:

1. Паспрабуйце павялічыць адлегласць (S) паралельных адрэзкаў, прынамсі больш, чым 3H, H адносіцца да адлегласці ад трасы сігналу да апорнай плоскасці. Калі казаць непрафесіяналам, гэта аб’ехаць вялікі паварот. Пакуль S досыць вялікі, эфекту ўзаемнай сувязі можна амаль цалкам пазбегнуць. 2. Паменшыць даўжыню муфты Lp. Калі падвойная затрымка Lp набліжаецца або перавышае час нарастання сігналу, генераваныя перакрыжаваныя перашкоды дасягаюць насычэння. 3. Затрымка перадачы сігналу, выкліканая змяінай лініяй стрып-лініі або ўбудаванай мікра-палоскі, меншая, чым у мікра-палоскі. Тэарэтычна, палоскавая лінія не паўплывае на хуткасць перадачы з-за дыферэнцыяльнага рэжыму перакрыжаваных перашкод. 4. Для высакахуткасных сігнальных ліній і тых, дзе строгія патрабаванні да часу, старайцеся не выкарыстоўваць серпантын, асабліва на невялікіх участках. 5. Часта можна выкарыстоўваць змеепадобныя сляды пад любым вуглом, напрыклад, структуру C на малюнку 1-8-20, якая можа эфектыўна паменшыць узаемную сувязь. 6. У высакахуткаснай канструкцыі друкаванай платы змеепадобныя лінія не мае так званай здольнасці фільтрацыі або папярэджання і можа толькі знізіць якасць сігналу, таму выкарыстоўваецца толькі для ўзгаднення часу і не мае іншага прызначэння. 7. Часам вы можаце разгледзець спіральныя маршруты для намоткі. Мадэляванне паказвае, што яго эфект лепш, чым звычайная серпантын маршрутызацыі.