Оформлението е едно от най -основните умения за работа Дизайн на печатни платки инженер. Качеството на окабеляването ще повлияе пряко върху работата на цялата система, повечето от теорията за високоскоростното проектиране трябва окончателно да бъдат реализирани и проверени от Layout, така че може да се види, че окабеляването е от решаващо значение за високоскоростния дизайн на печатни платки. Следното ще има предвид, че действителното окабеляване може да срещне някои ситуации, анализ на неговата рационалност и да даде по -оптимизирана стратегия за маршрутизиране. Основно от правия ъглов ред, различна линия, змийска линия и така нататък три аспекта, които трябва да бъдат разработени.

1. Правоъгълна линия за движение

Правоъгълното окабеляване обикновено е необходимо, за да се избегне ситуацията при окабеляването на печатни платки и почти се е превърнало в един от стандартите за измерване на качеството на окабеляването, така че колко влияние ще окаже правоъгълното окабеляване върху предаването на сигнал? По принцип правоъгълното окабеляване ще промени ширината на линията на преносната линия, което ще доведе до прекъсване на импеданса. Всъщност не само права ъглова линия, тон ъгъл, остра ъглова линия може да причини промени в импеданса.

Влиянието на подравняването под прав ъгъл върху сигнала се отразява главно в три аспекта: първо, ъгълът може да бъде еквивалентен на капацитивния товар на преносната линия, забавяйки времето на нарастване; Второ, прекъсването на импеданса ще предизвика отражение на сигнала; Трето, EMI, генерирано от върха на десния ъгъл.

Паразитният капацитет, причинен от десния ъгъл на преносната линия, може да се изчисли по следната емпирична формула:

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

В горната формула, C се отнася до еквивалентния капацитет в ъгъла (pF), W се отнася до ширината на линията (инчове), ε R се отнася до диелектричната константа на средата, а Z0 е характерният импеданс на предаването линия. Например, за 4Mils 50 омова предавателна линия (εr 4.3), капацитетът на прав ъгъл е около 0.0101pF, а промяната във времето на нарастване може да бъде оценена:

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

От изчислението може да се види, че капацитетният ефект, донесен от правоъгълното окабеляване, е изключително малък.

С увеличаването на ширината на линията на правоъгълната линия, импедансът в тази точка ще намалее, така че ще има определен феномен на отражение на сигнала. Можем да изчислим еквивалентния импеданс, след като ширината на линията се увеличи според формулата за изчисление на импеданса, спомената в раздела на преносните линии, и след това да изчислим коефициента на отражение според емпиричната формула: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), общото окабеляване под прав ъгъл, водещо до промени на импеданса между 7%-20%, така че максималният коефициент на отражение е около 0.1. Освен това, както може да се види от фигурата по -долу, импедансът на преносната линия се променя до минимум в рамките на дължината на W/2 линия и след това се възстановява до нормалния импеданс след W/2 време. Времето за цялата промяна на импеданса е много кратко, обикновено в рамките на 10ps. Такава бърза и малка промяна е почти нищожна за общото предаване на сигнал.

Много хора имат такова разбиране за маршрутизиране под прав ъгъл, вярвайки, че върхът е лесен за излъчване или приемане на електромагнитни вълни и създаване на EMI, което се превърна в една от причините, поради които много хора смятат, че правоъгълното маршрутизиране не е възможно. Въпреки това, много практически резултати от тестовете показват, че правоъгълната линия не произвежда много EMI от права линия. Може би текущата производителност на инструмента и нивото на изпитване ограничават точността на теста, но поне показва, че излъчването на правоъгълна линия е по-малко от грешката на измерването на самия инструмент. Като цяло подравняването под прав ъгъл не е толкова ужасно, колкото изглежда. Поне в приложения под GHz, всички ефекти като капацитет, отражение, EMI и т.н. почти не се отразяват в TDR тестовете. Инженерът по проектиране на високоскоростни платки трябва да се съсредоточи върху оформлението, дизайна на захранването/земята, дизайна на окабеляването, перфорацията и т.н. Въпреки че, разбира се, ефектите от правоъгълната линия на движение не са много сериозни, но не означава, че можем да вървим по права ъглова линия, вниманието към детайлите е основното качество за всеки добър инженер и с бързото развитие на цифровите схеми , Инженерите на печатни платки обработката на честотата на сигнала също ще продължат да се подобряват до повече от 10 GHZ RF дизайнерско поле, Тези малки прави ъгли могат да станат фокус на проблеми с висока скорост.

2. Разлика от

Диференциалният сигнал се използва широко при проектирането на високоскоростни вериги. Най -важният сигнал във веригата е дизайнът на диференциалния сигнал. Как да гарантираме доброто му представяне в дизайна на печатни платки? Имайки предвид тези два въпроса, преминаваме към следващата част от нашата дискусия.

Какво е диференциален сигнал? На обикновен английски език драйверът изпраща два еквивалентни и инвертиращи сигнала и приемникът сравнява разликата между двете напрежения, за да определи дали логическото състояние е „0“ или „1“. Двойката проводници, носещи диференциални сигнали, се нарича диференциални проводници.

В сравнение с обикновеното еднократно маршрутизиране на сигнала, диференциалният сигнал има най-очевидните предимства в следните три аспекта:

А. Силна способност против смущения, тъй като свързването между две диференциални линии е много добро, когато има смущения от шум, те са почти свързани към две линии едновременно и приемникът се грижи само за разликата между двата сигнала, така че външният общ шум може да бъде напълно анулиран.

Б. Той може ефективно да потисне EMI. По същия начин, тъй като два сигнала са с противоположна полярност, излъчваното от тях електромагнитно поле може да се анулира взаимно. Колкото по -близо е свързването, толкова по -малко електромагнитна енергия се отделя във външния свят.

В. Позиционирането на времето е точно. Тъй като смяната при превключване на диференциалните сигнали се намира в пресечната точка на два сигнала, за разлика от обикновените сигнали с единичен край, които се оценяват по високо и ниско прагово напрежение, тя се влияе по-малко от процеса и температурата, което може да намали грешките в синхронизирането и е по-подходящо за вериги с ниско амплитудни сигнали. LVDS (диференциална сигнализация за ниско напрежение) се отнася до тази технология с диференциален сигнал с малка амплитуда.

За инженерите на печатни платки най -важната грижа е как да се гарантира, че тези предимства на диференциалното маршрутизиране могат да бъдат напълно използвани при действителното маршрутизиране. Може би, докато е в контакт с Layout, хората ще разбират общите изисквания на диференциалното маршрутизиране, тоест „еднаква дължина, равно разстояние“. Изометрично е да се гарантира, че двата диференциални сигнала винаги поддържат противоположна полярност, намаляват компонента на общия режим; Изометричните са главно за осигуряване на същия диференциален импеданс, намаляване на отражението. „Колкото е възможно по -близо“ понякога е едно от изискванията за диференциално маршрутизиране. Но нито едно от тези правила не е предназначено да се прилага механично и изглежда, че много инженери не разбират естеството на високоскоростната диференциална сигнализация. Следното се фокусира върху няколко често срещани грешки при проектирането на диференциални печатни платки.

Погрешно схващане 1: Диференциалните сигнали не се нуждаят от равнината на земята като път на обратния поток или смятат, че диференциалните линии осигуряват взаимен път на обратния поток. Причината за това недоразумение е объркана от повърхностния феномен или механизмът за високоскоростно предаване на сигнал не е достатъчно дълбок. Както може да се види от структурата на приемния край на фиг. 1-8-15, емитерните токове на транзисторите Q3 и Q4 са еквивалентни и противоположни, а токът им в кръстовището се отменя взаимно (I1 = 0). Следователно диференциалната верига е нечувствителна към подобни земни снаряди и други шумови сигнали, които могат да съществуват в захранването и заземяващата равнина. Частичното премахване на обратния поток на заземяващата равнина не означава, че диференциалната верига не приема референтната равнина като път за връщане на сигнала. Всъщност при анализа на обратния поток на сигнала механизмът на диференциалното маршрутизиране е същият като този на обикновеното еднократно маршрутизиране, а именно високо

Честотният сигнал винаги тече обратно по веригата с най -малката индуктивност. Най -голямата разлика се състои в това, че различната линия има не само прикачване към земята, но и свързване помежду си. Силното свързване става основният път на обратния поток.

В дизайна на печатни платки свързването между диференциалното окабеляване обикновено е малко, обикновено представлява само 10 ~ 20% от степента на свързване, а по -голямата част от свързването е към земята, така че основният път на обратния поток на диференциалното окабеляване все още съществува в земята самолет. В случай на прекъсване в локалната равнина, свързването между диференциалните маршрути осигурява основния път на обратния поток в областта без еталонната равнина, както е показано на фиг. 1-8-17. Въпреки че въздействието на прекъсването на референтната равнина върху диференциалното окабеляване не е толкова сериозно, колкото това на обикновеното еднократно окабеляване, това все пак ще намали качеството на диференциалния сигнал и ще увеличи EMI, което трябва да се избягва, доколкото е възможно. Някои дизайнери смятат, че референтната равнина на линията на диференциално предаване може да бъде премахната, за да се потисне част от сигнала на общия режим при диференциално предаване, но теоретично този подход не е желателен. Как да контролираме импеданса? Без да се осигури контур на земния импеданс за сигнал от общ режим, EMI радиацията е длъжна да бъде причинена, което носи повече вреда, отколкото полза.

Мит 2: Поддържането на равно разстояние е по -важно от съвпадението на дължината на реда. В действителното окабеляване на печатни платки той често не е в състояние да отговори на изискванията на диференциалния дизайн. Поради разпределението на щифтове, отвори и пространство за окабеляване и други фактори, е необходимо да се постигне целта за съвпадение на дължината на линията чрез подходяща намотка, но резултатът неизбежно е част от разликата двойка не може да бъде паралелен, в този момент, как да избера? Преди да пристъпим към заключения, нека да разгледаме следните резултати от симулацията. От горните резултати от симулацията може да се види, че вълновите форми на схема 1 и схема 2 почти съвпадат, тоест влиянието на неравномерното разстояние е минимално, а влиянието на несъответствието на дължината на линията е много по -голямо върху последователността на времето (схема 3) . От гледна точка на теоретичния анализ, въпреки че непоследователното разстояние ще доведе до промени в импеданса на разликата, но тъй като свързването между самата различна двойка не е значимо, така че обхватът на промените на импеданса също е много малък, обикновено в рамките на 10%, само еквивалентен на отражение, причинено от дупка, което няма да причини значително въздействие върху предаването на сигнала. След като дължината на линията е несъответстваща, в допълнение към изместването на времевата последователност, компонентите на общия режим се въвеждат в диференциалния сигнал, което намалява качеството на сигнала и увеличава EMI.

Може да се каже, че най -важното правило при проектирането на диференциално окабеляване на печатни платки е да съответства на дължината на линията, а други правила могат да се управляват гъвкаво в съответствие с изискванията за проектиране и практическите приложения.

Погрешно схващане трето: мислете, че линията на разликата трябва да разчита много близо. Смисълът да се поддържат различните линии близо една до друга не е нищо повече от увеличаване на тяхното свързване, както за подобряване на тяхната устойчивост на шум, така и за използване на противоположната полярност на магнитното поле, за да се премахнат електромагнитните смущения от външния свят. Въпреки че този подход е много благоприятен в повечето случаи, той не е абсолютен. Ако те могат да бъдат напълно защитени от външни смущения, тогава не е нужно да постигаме целта за предотвратяване на смущения и потискане на EMI чрез силно свързване помежду си. Как да гарантираме, че диференциалното маршрутизиране има добра изолация и екраниране? Увеличаването на разстоянието между линиите и другите сигнали е един от най -основните начини. Енергията на електромагнитното поле намалява с квадратната връзка на разстоянието. Като цяло, когато разстоянието между линиите е повече от 4 пъти ширината на линията, намесата между тях е изключително слаба и може да бъде пренебрегната основно. В допълнение, изолацията през заземяващата равнина също може да осигури добър екраниращ ефект. Тази структура често се използва при високочестотни (над 10G) IC пакетирани PCB конструкции, известни като CPW структура, за да се осигури строг контрол на диференциалния импеданс (2Z0), фиг. 1-8-19.

Диференциалното маршрутизиране може да се извърши и в различни слоеве на сигнала, но това обикновено не се препоръчва, тъй като разликите като импеданс и през отвори в различни слоеве могат да унищожат ефекта от предаването на диференциалния режим и да въведат шума в общия режим. Освен това, ако двата съседни слоя не са плътно свързани, възможността за диференциално маршрутизиране да се противопоставя на шума ще бъде намалена, но кръстосаните помехи не представляват проблем, ако се поддържа правилното разстояние с околното маршрутизиране. Като цяло честотата (под GHz), EMI няма да бъде сериозен проблем. Експериментите показват, че затихването на радиационната енергия на диференциалните линии с разстояние 500 мили над 3 метра е достигнало 60 dB, което е достатъчно, за да отговори на стандарта за електромагнитна радиация на FCC. Следователно дизайнерите не трябва да се притесняват твърде много за електромагнитна несъвместимост, причинена от недостатъчно свързване на диференциалните линии.

3. серпентина

Змийска линия често се използва в Layout. Основната му цел е да регулира закъснението и да отговаря на изискванията за проектиране на времето на системата. Дизайнерите първо трябва да разберат, че серпентиновият проводник ще разруши качеството на сигнала, ще промени забавянето на предаването и трябва да се избягва при окабеляване. Въпреки това, в практическата конструкция, за да се осигури достатъчно време на задържане на сигналите или да се намали отклонението във времето между същата група сигнали, навиването трябва да се извърши умишлено.

И така, какво прави серпентината за предаване на сигнал? На какво трябва да обърна внимание, когато вървя по линията? Двата най -критични параметъра са дължината на паралелно свързване (Lp) и разстоянието на свързване (S), както е показано на фиг. 1-8-21. Очевидно, когато сигналът се предава по змийска линия, ще има свързване между паралелни линейни сегменти под формата на режим на разлика. Колкото по -малък е S, толкова по -голям е Lp и толкова по -голяма ще бъде степента на свързване. Това може да доведе до намаляване на закъсненията на предаване и значително намаляване на качеството на сигнала поради кръстосани смущения, както е описано в глава 3 за анализ на кръстосани смущения в общ режим и диференциален режим.

Ето няколко съвета за инженерите на оформление, когато се занимават със серпентини:

1. Опитайте се да увеличите разстоянието (S) на сегмента на паралелната линия, което е поне по -голямо от 3H. H се отнася до разстоянието от сигналната линия до референтната равнина. Най -общо казано, трябва да се вземе голяма крива. Докато S е достатъчно голям, ефектът на свързване може да бъде почти напълно избегнат.

2. Когато дължината на свързване Lp се намали, генерираните кръстосани помехи ще достигнат насищане, когато закъснението на Lp се приближи или надвиши времето за нарастване на сигнала.

3. Забавянето на предаване на сигнал, причинено от змийската линия на лентовата линия или вградената микро лента, е по-малко от това на микро лентата. Теоретично лентовата линия не влияе на скоростта на предаване поради диференциалния режим на кръстосване.

4. За високоскоростни и сигнални линии със строги изисквания за синхронизация, опитайте се да не ходите по серпентинови линии, особено на малка площ.

5. Змиевидното маршрутиране под всеки ъгъл често може да бъде прието. С -структурата на фиг. 1-8-20 може ефективно да намали свързването помежду си.

6. При високоскоростен дизайн на печатни платки серпентината няма така наречената способност за филтриране или защита срещу смущения и може само да намали качеството на сигнала, така че се използва само за синхронизиране на времето и няма друга цел.

7. Понякога може да се обмисли спирална намотка. Симулацията показва, че ефектът й е по -добър от обикновената серпентина.