Макет – адно з самых асноўных навыкаў працы Дызайн друкаванай платы інжынер. Якасць праводкі непасрэдна паўплывае на прадукцыйнасць усёй сістэмы, большая частка тэорыі высакахуткаснага праектавання павінна быць канчаткова ўсведамлена і праверана кампаніяй Layout, таму можна ўбачыць, што праводка мае вырашальнае значэнне ў канструкцыі высакахуткаснай друкаванай платы. Ніжэй будзе дадзена з улікам таго, што фактычная праводка можа сутыкнуцца з некаторымі сітуацыямі, аналіз яе рацыянальнасці і даць больш аптымізаваную стратэгію маршрутызацыі. У асноўным ад лініі прамога кута, адрознай лініі, змеінай лініі і гэтак далей па трох аспектах.

1. Прамавугольная лінія пераходу

Прамавугольная праводка, як правіла, патрабуецца, каб пазбегнуць сітуацыі з праводкай на друкаванай плаце, і амаль стала адным з стандартаў вымярэння якасці праводкі, таму наколькі моцна прамая вуглавая разводка паўплывае на перадачу сігналу? У прынцыпе, прамавугольная праводка зменіць шырыню лініі лініі перадачы, што прывядзе да разрыву супраціву. Фактычна, не толькі прамая вуглавая лінія, тонавая вугла, вострая вуглавая лінія могуць выклікаць змены супраціву.

Уплыў прамавугольнага выраўноўвання на сігнал у асноўным адлюстроўваецца ў трох аспектах: па-першае, кут можа быць эквівалентны ёмістнай нагрузцы на лініі электраперадачы, запавольваючы час нарастання; Па -другое, разрыў імпедансу прывядзе да адлюстравання сігналу; Па -трэцяе, EMI, сфармаванае наканечнікам пад правым вуглом.

Паразітычная ёмістасць, абумоўленая правым вуглом лініі перадачы, можна вылічыць па наступнай эмпірычнай формуле:

C = 61 Вт (Er) 1/2/Z0

У прыведзенай формуле C абазначае эквівалентную ёмістасць у вугле (pF), W – шырыню лініі (цаля), ε R – дыэлектрычную пранікальнасць асяроддзя, а Z0 – характэрны супраціў перадачы радок. Напрыклад, для лініі перадачы 4 Ом 50 Ом (εr 4.3) ёмістасць прамога кута складае прыкладна 0.0101 пФ, а змену часу нарастання можна ацаніць:

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

З разліку відаць, што эфект ёмістасці, які прыносіць прамавугольная праводка, надзвычай малы.

Па меры павелічэння шырыні лініі прамавугольнай лініі супраціў у гэтай кропцы будзе змяншацца, таму з’явіцца пэўная з’ява адлюстравання сігналу. Мы можам вылічыць эквівалентны супраціў пасля павелічэння шырыні лініі ў адпаведнасці з формулай разліку імпедансу, згаданай у раздзеле ліній электраперадач, а затым вылічыць каэфіцыент адлюстравання ў адпаведнасці з эмпірычнай формулай: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), агульная прамавугольная праводка, у выніку чаго змяняецца супраціў паміж 7%-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 аднаўляецца да нармальнага імпедансу праз час W/2. Час змены ўсяго імпедансу вельмі кароткі, звычайна ў межах 10пс. Такая хуткая і невялікая змена практычна нікчэмная для агульнай перадачы сігналу.

Многія людзі так разумеюць прамавугольную маршрутызацыю, мяркуючы, што наканечнік лёгка выпраменьваць або прымаць электрамагнітныя хвалі і вырабляць ЭМП, што стала адной з прычын, чаму многія людзі лічаць, што прамавугольная маршрутызацыя немагчымая. Аднак многія практычныя вынікі выпрабаванняў паказваюць, што прамавугольная лінія не вырабляе больш EMI, чым прамая. Магчыма, бягучая праца прыбора і ўзровень выпрабаванняў абмяжоўваюць дакладнасць выпрабаванняў, але, прынамсі, гэта паказвае, што выпраменьванне прамавугольнай лініі меншае за памылку вымярэння самога прыбора. Увогуле, выраўноўванне пад прамым вуглом не такое страшнае, як можа здацца. Прынамсі, у дадатках ніжэй ГГц любыя эфекты, такія як ёмістасць, адлюстраванне, EMI і г.д., амаль не адлюстроўваюцца ў тэстах TDR. Інжынер-канструктар высакахуткаснай друкаванай платы павінен засяродзіцца на макеце, праектаванні магутнасці/зямлі, канструкцыі праводкі, перфарацыі і г.д. Хоць, вядома, наступствы прамавугольнай лініі руху не вельмі сур’ёзныя, але гэта не азначае, што мы можам хадзіць пад прамой вуглавой лініяй, увага да дэталяў – найважнейшая якасць кожнага добрага інжынера, а з хуткім развіццём лічбавых схем , Інжынеры друкаванай платы апрацоўкі частаты сігналу таксама будзе працягваць паляпшацца, да больш чым 10 ГГц RF дызайн поля, Гэтыя невялікія прамыя куты могуць стаць цэнтрам праблем хуткаснага руху.

2. Розніца ў

Дыферэнцыяльны сігнал шырока выкарыстоўваецца ў канструкцыі хуткасных схем. Самы важны сігнал у схеме – дызайн дыферэнцыяльнага сігналу. Як забяспечыць яго добрыя паказчыкі ў дызайне друкаванай платы? Маючы на ​​ўвазе гэтыя два пытанні, мы пераходзім да наступнай часткі нашага абмеркавання.

Што такое дыферэнцыяльны сігнал? На простай англійскай мове драйвер пасылае два эквівалентныя і інвертуючыя сігналы, і прыёмнік параўноўвае розніцу паміж двума напружаннямі, каб вызначыць, ці з’яўляецца лагічны стан «0» або «1». Пара правадоў, якія нясуць дыферэнцыяльныя сігналы, называецца дыферэнцыяльнымі правадамі.

У параўнанні з звычайнай маршрутызацыяй сігналу з адзінкавым дыферэнцыялам сігнал мае найбольш відавочныя перавагі ў трох наступных аспектах:

А. Моцная здольнасць супраць перашкод, таму што сувязь паміж двума дыферэнцыяльнымі лініямі вельмі добрая, калі ёсць шумавыя перашкоды, яны амаль звязаны адначасова з дзвюма лініямі, і прыёмнік клапоціцца толькі пра розніцу паміж двума сігналамі, такім чынам, знешні агульначастотны шум можна цалкам адмяніць.

B. Гэта можа эфектыўна здушыць EMI. Сапраўды гэтак жа, паколькі два сігналы маюць супрацьлеглую палярнасць, выпраменьванае імі электрамагнітнае поле можа адмяняць адзін аднаго. Чым бліжэй сувязь, тым менш электрамагнітнай энергіі вылучаецца ў знешні свет.

C. Час пазіцыянавання з’яўляецца дакладным. Паколькі пераключэнне пераключэння дыферэнцыяльных сігналаў знаходзіцца на скрыжаванні двух сігналаў, у адрозненне ад звычайных сігналаў з адзінкавымі каэфіцыентамі, якія ацэньваюцца па высокіх і нізкіх парогавых напружаннях, гэта менш залежыць ад працэсу і тэмпературы, што можа паменшыць памылкі ў синхронизации і з’яўляецца больш прыдатным для схем з нізкай амплітудай сігналаў. LVDS (дыферэнцыяльная сігналізацыя нізкага напружання) адносіцца да гэтай тэхналогіі дыферэнцыяльнага сігналу малой амплітуды.

Для інжынераў друкаваных плат найбольш важнай праблемай з’яўляецца тое, як пераканацца, што гэтыя перавагі дыферэнцыяльнай маршрутызацыі могуць быць у поўнай меры выкарыстаны ў фактычнай маршрутызацыі. Магчыма, пакуль ён кантактуе з Layout, людзі будуць разумець агульныя патрабаванні дыферэнцыяльнай маршрутызацыі, гэта значыць “роўная даўжыня, аднолькавая адлегласць”. Ізаметрычны павінен гарантаваць, што два дыферэнцыяльных сігналу заўсёды падтрымліваюць процілеглую палярнасць, памяншаюць кампанент агульнага рэжыму; Ізаметрычны ў асноўным для забеспячэння таго ж дыферэнцыяльнага супраціву, памяншэння адлюстравання. “Як мага бліжэй” часам з’яўляецца адным з патрабаванняў дыферэнцыяльнай маршрутызацыі. Але ні адно з гэтых правілаў не прызначана для механічнага прымянення, і многія інжынеры, здаецца, не разумеюць прыроды высакахуткаснай дыферэнцыяльнай сігналізацыі. Ніжэй прысвечана некалькі распаўсюджаных памылак у дызайн дыферэнцыяльнага сігналу друкаванай платы.

Памылковае меркаванне 1: дыферэнцыяльныя сігналы не маюць патрэбы ў плоскасці зазямлення ў якасці шляху зваротнага патоку або думаюць, што дыферэнцыяльныя лініі забяспечваюць шлях зваротнага патоку адзін для аднаго. Прычыну гэтага непаразумення бянтэжыць з’ява паверхні, або механізм хуткаснай перадачы сігналу недастаткова глыбокі. Як відаць са структуры прымальнага канца на фіг. 1-8-15, эмітарныя токі транзістараў Q3 і Q4 эквівалентныя і супрацьлеглыя, а іх ток на стыку дакладна адмяняе адзін аднаго (I1 = 0). Такім чынам, дыферэнцыяльная схема не адчувальная да аналагічных наземных снарадаў і іншых шумавых сігналаў, якія могуць існаваць у блоку харчавання і плоскасці зямлі. Частковае адмяненне зваротнага патоку плоскасці зямлі не азначае, што дыферэнцыяльны контур не прымае апорную плоскасць у якасці зваротнага шляху сігналу. Фактычна, у аналізе зваротнага патоку сігнал механізм дыферэнцыяльнай маршрутызацыі такі ж, як і ў звычайнай аднаканальнай маршрутызацыі, а менавіта

Частатны сігнал заўсёды цячэ па ланцугу з найменшай індуктыўнасцю. Самая вялікая розніца заключаецца ў тым, што розніца не толькі звязана з зямлёй, але і мае сувязь паміж сабой. Надзейная сувязь становіцца асноўным шляхам зваротнага патоку.

У канструкцыі схемы друкаванай платы сувязь паміж дыферэнцыяльнай праводкай звычайна невялікая, звычайна складае толькі 10 ~ 20% ад ступені злучэння, і большая частка сувязі ідзе да зямлі, таму асноўны шлях зваротнага патоку дыферэнцыяльнай праводкі ўсё яшчэ існуе ў зямлі самалёт. У выпадку разрыву ў лакальнай плоскасці сувязь паміж дыферэнцыяльнымі маршрутамі забяспечвае асноўны шлях зваротнага патоку ў вобласці без апорнай плоскасці, як паказана на мал. 1-8-17. Хоць уплыў разрыву апорнай плоскасці на дыферэнцыяльную праводку не такі сур’ёзны, як у звычайнай аднаканечнай праводкі, ён усё роўна знізіць якасць дыферэнцыяльнага сігналу і павялічыць EMI, чаго варта максімальна пазбягаць. Некаторыя канструктары лічаць, што апорную плоскасць лініі дыферэнцыяльнай перадачы можна выдаліць, каб прыдушыць частку сігналу агульнай моды ў дыферэнцыяльнай перадачы, але тэарэтычна такі падыход не пажаданы. Як кантраляваць супраціў? Без забеспячэння цыклу супраціву зямлі для сігналу агульнай моды выпраменьванне EMI ​​абавязкова будзе выклікана, што прыносіць больш шкоды, чым карысці.

Міф 2: Захаванне роўнага інтэрвалу важней, чым адпаведнасць даўжыні радка. У сапраўднай праводцы друкаванай платы яна часта не ў стане задаволіць патрабаванні дыферэнцыяльнай канструкцыі. З -за размеркавання штыфтоў, адтулін і месца для разводкі і іншых фактараў неабходна дасягнуць мэты супадзення даўжыні лініі праз адпаведную абмотку, але вынік непазбежна з’яўляецца часткай рознай пары, якая не можа быць паралельнай. абіраць? Перш чым прыступіць да высноў, давайце паглядзім на наступныя вынікі мадэлявання. З прыведзеных вышэй вынікаў мадэлявання відаць, што сігналы схемы 1 і схемы 2 практычна супадаюць, гэта значыць ўплыў няроўнага інтэрвалу мінімальны, а ўплыў неадпаведнасці даўжыні лініі значна большы на паслядоўнасць часу (схема 3) . З пункту гледжання тэарэтычнага аналізу, хаця непаслядоўны інтэрвал прывядзе да змены рознічнага супраціву, але таму, што сувязь паміж самой рознічнай парай не істотная, таму дыяпазон змяненняў імпедансу таксама вельмі малы, звычайна ў межах 10%, толькі эквівалентны да адлюстравання, выкліканага адтулінай, якое не акажа істотнага ўплыву на перадачу сігналу. Пасля неадпаведнасці даўжыні лініі, у дадатак да зрушэння часовай паслядоўнасці, у дыферэнцыяльны сігнал уводзяцца кампаненты агульнага рэжыму, што зніжае якасць сігналу і павялічвае EMI.

Можна сказаць, што самае важнае правіла ў дыферэнцыяльнай разводцы друкаванай платы – гэта адпаведнасць даўжыні лініі, а іншыя правілы можна гнутка апрацоўваць у адпаведнасці з патрабаваннямі да праектавання і практычным прымяненнем.

Памылка трэцяя: думайце, што лінія адрознення павінна абапірацца вельмі блізка. Сэнс трымаць рознічныя лініі блізка адзін да аднаго – гэта не што іншае, як павелічэнне іх сувязі, як для паляпшэння іх устойлівасці да шуму, так і для выкарыстання процілеглай палярнасці магнітнага поля для ліквідацыі электрамагнітных перашкод з вонкавага свету. Хоць гэты падыход у большасці выпадкаў вельмі спрыяльны, ён не з’яўляецца абсалютным. Калі іх можна цалкам абараніць ад знешніх перашкод, нам больш не трэба дасягаць мэты барацьбы з перашкодамі і падаўлення ЭМП праз моцную сувязь паміж сабой. Як пераканацца, што дыферэнцыяльная маршрутызацыя мае добрую ізаляцыю і экранаванне? Павелічэнне адлегласці паміж лініямі і іншымі сігналамі – адзін з самых простых спосабаў. Энергія электрамагнітнага поля памяншаецца з квадратным суадносінамі адлегласці. Як правіла, калі адлегласць паміж лініямі больш чым у 4 разы перавышае шырыню лініі, перашкоды паміж імі надзвычай слабыя, і іх можна ў асноўным ігнараваць. Акрамя таго, ізаляцыя праз плоскасць зямлі таксама можа забяспечыць добры эфект экранавання. Гэтая структура часта выкарыстоўваецца ў канструкцыях друкаваных плат з высокачашчыннымі (больш за 10G) IC, вядомымі як структура CPW, для забеспячэння строгага дыферэнцыяльнага кантролю супраціву (2Z0), мал. 1-8-19.

Дыферэнцыяльная маршрутызацыя таксама можа ажыццяўляцца ў розных слаях сігналу, але гэта звычайна не рэкамендуецца, таму што такія адрозненні, як імпеданс і скразныя адтуліны ў розных пластах, могуць знішчыць эфект перадачы дыферэнцыяльнага рэжыму і ўнесці шум агульнага рэжыму. Акрамя таго, калі два суседнія пласты не шчыльна звязаны, здольнасць дыферэнцыяльнай маршрутызацыі супрацьстаяць шуму будзе зніжана, але перакрыжаванне не з’яўляецца праблемай пры захаванні належнага інтэрвалу з навакольным маршрутам. У цэлым частата (ніжэй ГГц) EMI не будзе сур’ёзнай праблемай. Эксперыменты паказваюць, што паслабленне энергіі выпраменьвання дыферэнцыяльных ліній на адлегласці 500 мілі за 3 метры дасягнула 60 дБ, што дастаткова для таго, каб адпавядаць стандарту электрамагнітнай радыяцыі FCC. Такім чынам, дызайнерам не трэба занадта турбавацца аб электрамагнітнай несумяшчальнасці, выкліканай недастатковай сувяззю дыферэнцыяльных ліній.

3. змеявік

У макеце часта выкарыстоўваецца змяіная лінія. Яго асноўная мэта – наладзіць часовую затрымку і задаволіць патрабаванні сістэмнага раскладу. Дызайнеры павінны спачатку зразумець, што змяіны провад знізіць якасць сігналу, зменіць затрымку перадачы, і гэтага варта пазбягаць пры праводцы. Аднак, на практыцы, для таго, каб забяспечыць дастатковы час утрымання сігналаў або скараціць зрушэнне часу паміж адной і той жа групай сігналаў, абмотку трэба наўмысна праводзіць.

Такім чынам, што робіць серпанцін для перадачы сігналу? На што я павінен звяртаць увагу, ідучы па лініі? Два найважнейшых параметра – даўжыня паралельнай сувязі (Lp) і адлегласць сувязі (S), як паказана на мал. 1-8-21. Відавочна, што калі сігнал перадаецца ў змеепадобнай лініі, паміж паралельнымі адрэзкамі лініі адбываецца сувязь у выглядзе рэжыму рознасці. Чым менш S, тым больш Lp, і большай будзе ступень сувязі. Гэта можа прывесці да зніжэння затрымкі перадачы і значнага зніжэння якасці сігналу з -за перакрыжаванняў, як апісана ў главе 3 для аналізу перакрыжаванняў агульнага рэжыму і дыферэнцыяльнага рэжыму.

Вось некалькі саветаў для інжынераў -макетаў пры працы з серпанцінамі:

1. Паспрабуйце павялічыць адлегласць (S) адрэзка паралельнай лініі, якая па меншай меры перавышае 3H. Н адносіцца да адлегласці ад сігнальнай лініі да плоскасці адліку. Наогул кажучы, трэба ўзяць вялікую крывую. Пакуль S досыць вялікі, эфект сувязі можна амаль цалкам пазбегнуць.

2. Калі даўжыня сувязі Lp памяншаецца, перакрыжаванне ператворыцца ў насычэнне, калі затрымка Lp у два разы наблізіцца або перавысіць час нарастання сігналу.

3. Затрымка перадачы сігналу, выкліканая змяінай лініяй паласы або ўбудаванай мікрапалоскай, меншая, чым у мікрапалосы. Тэарэтычна, стужачная лінія не ўплывае на хуткасць перадачы з -за перакрыжаванняў у дыферэнцыяльным рэжыме.

4. Для высакахуткасных і сігнальных ліній са строгімі патрабаваннямі па тэрмінах старайцеся не хадзіць па змеепадобных лініях, асабліва на невялікай тэрыторыі.

5. Змяістую маршрутызацыю пад любым вуглом часта можна прыняць. Структура З на мал. 1-8-20 можа эфектыўна знізіць сувязь паміж сабой.

6. У канструкцыі высакахуткаснай друкаванай платы серпантын не мае так званай фільтрацыі або здольнасці да перашкод, і можа толькі знізіць якасць сігналу, таму выкарыстоўваецца толькі для супадзення часу і не мае ніякай іншай мэты.

7. Часам можна разгледзець спіральную абмотку. Мадэляванне паказвае, што яго эфект лепш, чым у звычайнай серпанцінавай абмоткі.