Ang layout usa sa labing sukaranan nga kahanas sa trabaho alang sa mga inhenyero sa disenyo sa PCB. Ang kalidad sa mga wiring direktang makaapekto sa performance sa tibuok nga sistema. Kadaghanan sa mga high-speed nga mga teorya sa disenyo kinahanglan nga sa katapusan ipatuman ug mapamatud-an pinaagi sa Layout. Kini makita nga wiring mao ang importante kaayo sa tulin nga PCB disenyo. Ang mosunod mag-analisar sa rationality sa pipila ka mga sitwasyon nga mahimong masugatan sa aktuwal nga mga wiring, ug maghatag sa pipila ka mas optimized routing nga mga estratehiya.

Kini kasagarang gipatin-aw gikan sa tulo ka aspeto: right-angle wiring, differential wiring, ug serpentine wiring.

1. Tuo nga anggulo nga ruta

Ang tuo nga anggulo nga mga kable sa kasagaran usa ka sitwasyon nga kinahanglan likayan kutob sa mahimo sa mga kable sa PCB, ug kini hapit nahimong usa sa mga sumbanan sa pagsukod sa kalidad sa mga kable. Busa unsa ka dako ang impluwensya sa right-angle nga mga wiring sa signal transmission? Sa prinsipyo, ang right-angle routing magbag-o sa gilapdon sa linya sa transmission line, hinungdan sa paghunong sa impedance. Sa tinuud, dili lamang ang pag-ruta sa tuo nga anggulo, apan ang mga kanto ug ang pag-ruta sa acute-anggulo mahimong hinungdan sa mga pagbag-o sa impedance.

Ang impluwensya sa right-angle routing sa signal kasagarang makita sa tulo ka aspeto:

Ang usa mao nga ang eskina mahimong katumbas sa capacitive load sa transmission line, nga nagpahinay sa pagtaas sa oras; ang ikaduha mao nga ang impedance discontinuity hinungdan sa signal pagpamalandong; ang ikatulo mao ang EMI nga namugna sa right-angle tip.

Ang parasitic capacitance tungod sa husto nga anggulo sa transmission line mahimong kalkulado sa mosunod nga empirical formula:

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

Sa ibabaw nga pormula, ang C nagtumong sa katumbas nga kapasidad sa eskina (unit: pF), W nagtumong sa gilapdon sa trace (unit: pulgada), εr nagtumong sa dielectric constant sa medium, ug Z0 ang kinaiya nga impedance. sa linya sa transmission. Pananglitan, alang sa usa ka 4Mils 50 ohm transmission line (εr mao ang 4.3), ang kapasidad nga gidala sa usa ka tuo nga anggulo mga 0.0101pF, ug dayon ang pagbag-o sa oras sa pagtaas tungod niini mahimong mabanabana:

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

Makita kini pinaagi sa kalkulasyon nga ang epekto sa kapasidad nga gidala sa pagsubay sa tuo nga anggulo gamay ra kaayo.

Samtang ang gilapdon sa linya sa pagsubay sa tuo nga anggulo nagdugang, ang impedance didto mokunhod, mao nga mahitabo ang usa ka piho nga panghitabo sa pagpamalandong sa signal. Mahimo natong kuwentahon ang katumbas nga impedance human motaas ang gilapdon sa linya sumala sa pormula sa pagkalkula sa impedance nga gihisgotan sa kapitulo sa transmission line, ug dayon Kalkulahin ang reflection coefficient sumala sa empirical formula:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Kasagaran, ang pagbag-o sa impedance nga gipahinabo sa mga kable sa tuo nga anggulo sa taliwala sa 7% -20%, mao nga ang labing kadaghan nga koepisyent sa pagpamalandong hapit 0.1. Dugang pa, ingon sa makita gikan sa numero sa ubos, ang impedance sa transmission line mausab ngadto sa minimum sulod sa gitas-on sa W/2 nga linya, ug unya mobalik sa normal nga impedance human sa panahon sa W/2. Ang tibuuk nga oras sa pagbag-o sa impedance mubo ra, kasagaran sulod sa 10ps. Sa sulod, ang ingon nga paspas ug gagmay nga mga pagbag-o halos wala’y bili alang sa kinatibuk-ang pagpadala sa signal.

Daghang mga tawo ang adunay kini nga pagsabut sa right-angle nga mga wiring. Naghunahuna sila nga ang tip dali nga ipadala o makadawat mga electromagnetic wave ug makamugna og EMI. Kini nahimong usa sa mga rason ngano nga daghang mga tawo ang naghunahuna nga ang right-angle nga mga wiring dili madala. Bisan pa, daghang mga aktwal nga resulta sa pagsulay ang nagpakita nga ang mga pagsubay sa tuo nga anggulo dili makahatag klaro nga EMI kaysa mga tul-id nga linya. Tingali ang kasamtangan nga performance sa instrumento ug ang lebel sa pagsulay nagpugong sa katukma sa pagsulay, apan labing menos kini naghulagway sa usa ka problema. Ang radyasyon sa right-angled nga mga wiring mas gamay na kay sa sukod nga sayop sa instrumento mismo.

Sa kinatibuk-an, ang husto nga anggulo nga pag-ruta dili sama ka makalilisang sama sa gihunahuna. Labing menos sa mga aplikasyon nga ubos sa GHz, ang bisan unsang mga epekto sama sa kapasidad, pagpamalandong, EMI, ug uban pa halos dili makita sa pagsulay sa TDR. Ang high-speed nga mga inhenyero sa disenyo sa PCB kinahanglan gihapon nga mag-focus sa layout, disenyo sa kuryente / yuta, ug disenyo sa mga kable. Pinaagi sa mga lungag ug uban pang mga aspeto. Siyempre, bisan tuod ang epekto sa right-angle wiring dili kaayo seryoso, wala kini magpasabot nga kitang tanan makagamit sa right-angle wiring sa umaabot. Ang pagtagad sa detalye mao ang sukaranan nga kalidad nga kinahanglan adunay matag maayong engineer. Dugang pa, sa paspas nga pag-uswag sa mga digital circuit, PCB Ang frequency sa signal nga giproseso sa mga inhenyero magpadayon sa pagdugang. Sa natad sa disenyo sa RF nga labaw sa 10GHz, kini nga gagmay nga tuo nga mga anggulo mahimong sentro sa mga problema sa high-speed.

2. Differential nga ruta

Differential signal (DifferentialSignal) kay mas kaylap nga gigamit sa high-speed circuit design. Ang labing kritikal nga signal sa sirkito sagad gidisenyo nga adunay usa ka istruktura nga pagkalainlain. Unsay nakapasikat niini? Sa unsa nga paagi sa pagsiguro sa iyang maayo nga performance sa PCB design? Uban niining duha ka pangutana, magpadayon kita sa sunod nga bahin sa panaghisgot.

Unsa ang usa ka differential signal? Sa mga termino sa layko, ang driving end nagpadala ug duha ka managsama ug balit-ad nga mga signal, ug ang tigdawat naghukom sa lohika nga estado nga “0” o “1” pinaagi sa pagtandi sa kalainan tali sa duha ka boltahe. Ang pares sa mga pagsubay nga nagdala og mga signal sa differential gitawag nga differential traces.

Kung itandi sa ordinaryo nga single-ended signal traces, ang differential signal adunay labing klaro nga bentaha sa mosunod nga tulo ka aspeto:

a. Kusog nga anti-interference nga abilidad, tungod kay ang pagkadugtong sa taliwala sa duha nga mga pagsubay sa kalainan maayo kaayo. Kung adunay panghilabot sa kasaba gikan sa gawas, hapit sila madugtong sa duha ka linya sa parehas nga oras, ug ang katapusan nga nakadawat nagpakabana lamang sa kalainan tali sa duha nga mga signal. Busa, ang gawas nga komon nga kasaba sa mode mahimong hingpit nga kanselahon. b. Kini epektibo nga makapugong sa EMI. Sa parehas nga hinungdan, tungod sa kaatbang nga polarity sa duha nga mga signal, ang mga electromagnetic field nga gipadan-ag niini mahimong makakansela sa usag usa. Ang mas hugot nga pagdugtong, ang dili kaayo electromagnetic nga enerhiya nga gipagawas sa gawas nga kalibutan. c. Ang pagpoposisyon sa oras tukma. Tungod kay ang pagbag-o sa switch sa differential signal nahimutang sa intersection sa duha ka signal, dili sama sa ordinaryo nga single-ended signal, nga nag-agad sa taas ug ubos nga threshold voltages aron mahibal-an, kini dili kaayo apektado sa proseso ug temperatura, nga mahimo pagpakunhod sa sayop sa timing. , Apan mas angay usab alang sa mga low-amplitude signal circuits. Ang kasamtangang popular nga LVDS (lowvoltagedifferentialsignaling) nagtumong niining gamay nga amplitude differential signal technology.

Para sa mga inhenyero sa PCB, ang labing gikabalak-an mao ang pagsiguro nga kini nga mga bentaha sa differential wiring mahimong hingpit nga magamit sa aktuwal nga mga wiring. Tingali ang bisan kinsa nga nakontak sa Layout makasabut sa kinatibuk-ang mga kinahanglanon sa differential wiring, nga mao, “parehas nga gitas-on ug managsama nga distansya”. Ang patas nga gitas-on mao ang pagsiguro nga ang duha ka differential signal magpadayon sa kaatbang nga mga polaridad sa tanang panahon ug makunhuran ang komon nga bahin sa mode; ang patas nga gilay-on mao ang nag-una sa pagsiguro nga ang differential impedances sa duha mao ang makanunayon ug pagpakunhod sa mga pagpamalandong. “Ingon ka duol kutob sa mahimo” usahay usa sa mga kinahanglanon sa differential wiring. Apan kining tanan nga mga lagda wala gigamit sa mekanikal nga paggamit, ug daghang mga inhenyero ang daw wala gihapon makasabut sa diwa sa high-speed differential signal transmission.

Ang mosunod nagtutok sa pipila ka komon nga dili pagsinabtanay sa PCB differential signal design.

Sayop sa Pagsabot 1: Gituohan nga ang differential signal wala magkinahanglan og ground plane isip agianan sa pagbalik, o nga ang differential traces naghatag og balik nga dalan alang sa usag usa. Ang hinungdan niini nga dili pagsinabtanay mao nga sila naglibog sa mga taphaw nga panghitabo, o ang mekanismo sa high-speed signal transmission dili igo nga lawom. Makita gikan sa istruktura sa nakadawat nga katapusan sa Figure 1-8-15 nga ang emitter nga mga sulog sa mga transistors Q3 ug Q4 managsama ug atbang, ug ang ilang mga sulog sa yuta eksakto nga nagkansela sa usag usa (I1 = 0), mao nga ang Ang differential circuit mao ang Susama nga mga bounce ug uban pang mga signal sa kasaba nga mahimong anaa sa mga power ug ground planes dili sensitibo. Ang partial return cancellation sa ground plane wala magpasabot nga ang differential circuit wala mogamit sa reference plane isip signal return path. Sa tinuud, sa pag-analisar sa pagbalik sa signal, ang mekanismo sa differential wiring ug ordinaryo nga single-ended wiring parehas, nga mao, ang mga high-frequency nga signal kanunay nga Reflow ubay sa loop nga adunay pinakagamay nga inductance, ang pinakadako nga kalainan mao nga dugang sa ang pagdugtong sa yuta, ang linya sa pagkalainlain adunay usab nga pagdugtong. Unsa nga matang sa pagdugtong ang lig-on, diin ang usa mahimong panguna nga agianan sa pagbalik. Ang Figure 1-8-16 usa ka schematic diagram sa geomagnetic field distribution sa single-ended signal ug differential signals.

Sa disenyo sa sirkito sa PCB, ang pagdugtong tali sa mga pagsubay sa kalainan kasagaran gamay, kasagaran nga nagkantidad lamang sa 10 ngadto sa 20% sa degree sa pagkadugtong, ug labaw pa ang pagkadugtong sa yuta, mao nga ang nag-unang agianan sa pagbalik sa pagsubay sa kalainan anaa gihapon sa yuta. eroplano . Sa diha nga ang yuta nga ayroplano mao ang discontinuous, ang pagdugtong sa taliwala sa mga differential traces maghatag sa nag-unang pagbalik dalan sa dapit nga walay usa ka reference eroplano, ingon sa gipakita sa Figure 1-8-17. Bisan kung ang impluwensya sa paghunong sa reference plane sa differential trace dili sama ka seryoso sa ordinaryo nga single-ended trace, kini makapakunhod gihapon sa kalidad sa differential signal ug makadugang sa EMI, nga kinahanglan likayan kutob sa mahimo. . Ang ubang mga tigdesinyo nagtuo nga ang reference plane ubos sa differential trace mahimong tangtangon aron sumpuon ang pipila ka komon nga mode signal sa differential transmission. Bisan pa, kini nga pamaagi dili gusto sa teorya. Unsaon pagkontrol sa impedance? Ang dili paghatag ug ground impedance loop alang sa common-mode signal dili kalikayan nga hinungdan sa EMI radiation. Kini nga pamaagi labi ka makadaot kaysa maayo.

Sayop sa Pagsabot 2: Gituohan nga ang pagpabiling patas nga gilay-on mas importante kay sa pagpares sa gitas-on sa linya. Sa aktwal nga layout sa PCB, kasagaran dili posible nga matuman ang mga kinahanglanon sa differential design sa samang higayon. Tungod sa paglungtad sa pin distribution, vias, ug wiring space, ang katuyoan sa line length matching kinahanglan nga makab-ot pinaagi sa husto nga winding, apan ang resulta kinahanglan nga ang pipila ka mga dapit sa differential pair dili mahimong parallel. Unsay angay natong buhaton niining panahona? Unsa nga pagpili? Sa dili pa maghimo mga konklusyon, atong tan-awon ang mosunod nga mga resulta sa simulation.

Gikan sa mga resulta sa simulation sa ibabaw, makita nga ang mga waveform sa Scheme 1 ug Scheme 2 halos managsama, nga sa ato pa, ang impluwensya nga gipahinabo sa dili patas nga gilay-on gamay ra. Sa pagtandi, ang impluwensya sa line length mismatch sa timing mas dako. (Skema 3). Gikan sa teoretikal nga pag-analisa, bisan kung ang dili managsama nga gilay-on magpahinabog pagbag-o sa differential impedance, tungod kay ang pagdugtong tali sa pares sa differential mismo dili mahinungdanon, ang sakup sa pagbag-o sa impedance gamay ra kaayo, kasagaran sulod sa 10%, nga katumbas lamang sa usa ka pass . Ang pagpamalandong nga gipahinabo sa lungag wala’y hinungdan nga epekto sa pagpasa sa signal. Sa higayon nga ang gitas-on sa linya dili motakdo, dugang pa sa timing offset, komon nga mga sangkap sa mode gipaila-ila ngadto sa differential signal, nga makapakunhod sa kalidad sa signal ug nagdugang sa EMI.

Mahimong isulti nga ang labing hinungdanon nga lagda sa disenyo sa PCB differential traces mao ang pagpares sa gitas-on sa linya, ug ang ubang mga lagda mahimong flexible nga madumala sumala sa mga kinahanglanon sa disenyo ug praktikal nga mga aplikasyon.

Sayop sa Pagsabot 3: Hunahunaa nga ang differential wiring kinahanglan nga duol kaayo. Ang pagpadayon sa pagsunud sa mga pagsubay sa kalainan wala’y lain gawas sa pagpauswag sa ilang pagkadugtong, nga dili lamang makapauswag sa resistensya sa kasaba, apan hingpit usab nga magamit ang kaatbang nga polarity sa magnetic field aron mabawi ang electromagnetic interference sa gawas nga kalibutan. Bisan kung kini nga pamaagi mapuslanon kaayo sa kadaghanan nga mga kaso, dili kini hingpit. Kung masiguro nato nga sila bug-os nga gipanalipdan gikan sa eksternal nga pagpanghilabot, nan dili na kinahanglan nga gamiton ang lig-on nga pagdugtong aron makab-ot ang anti-interference. Ug ang katuyoan sa pagsumpo sa EMI. Sa unsang paagi nato maseguro ang maayong pagkahimulag ug panagang sa mga pagsubay sa kalainan? Ang pagdugang sa gilay-on sa ubang mga pagsubay sa signal usa sa labing sukaranan nga mga paagi. Ang electromagnetic field energy mikunhod uban sa square sa gilay-on. Kasagaran, kung ang gilay-on sa linya molapas sa 4 ka pilo sa gilapdon sa linya, ang interference tali kanila hilabihan ka huyang. Mahimong ibaliwala. Dugang pa, ang pagkahimulag sa eroplano sa yuta mahimo usab nga usa ka maayong panalipod nga papel. Kini nga gambalay sagad gigamit sa high-frequency (sa ibabaw sa 10G) IC package PCB design. Gitawag kini nga istruktura sa CPW, nga makasiguro sa estrikto nga differential impedance. Control (2Z0), ingon sa gipakita sa Figure 1-8-19.

Differential traces mahimo usab nga modagan sa lain-laing mga signal layers, apan kini nga pamaagi sa kasagaran dili girekomendar, tungod kay ang mga kalainan sa impedance ug vias nga gihimo sa lain-laing mga lut-od makaguba sa epekto sa differential mode transmission ug pagpaila sa komon nga kasaba sa mode. Dugang pa, kung ang kasikbit nga duha ka mga lut-od dili hugot nga gidugtong, kini makapakunhod sa abilidad sa differential trace sa pagsukol sa kasaba, apan kung mahimo nimo nga mapadayon ang husto nga gilay-on gikan sa naglibot nga mga pagsubay, ang crosstalk dili usa ka problema. Sa kinatibuk-ang mga frequency (ubos sa GHz), ang EMI dili usa ka seryoso nga problema. Gipakita sa mga eksperimento nga ang attenuation sa radiated energy sa gilay-on nga 500 mils gikan sa differential trace nakaabot sa 60 dB sa gilay-on nga 3 metros, nga igo na aron matubag ang FCC electromagnetic radiation standard, mao nga ang tigdesinyo dili usab mabalaka. daghan bahin sa electromagnetic incompatibility tungod sa dili igo nga differential line coupling.

3. Serpentine nga linya

Ang linya sa bitin usa ka matang sa pamaagi sa pagruta nga sagad gigamit sa Layout. Ang panguna nga katuyoan niini mao ang pag-adjust sa paglangan aron matubag ang mga kinahanglanon sa disenyo sa timing sa sistema. Ang tigdesinyo kinahanglan una nga adunay kini nga pagsabut: ang serpentine nga linya makaguba sa kalidad sa signal, usbon ang pagkalangan sa transmission, ug pagsulay nga likayan ang paggamit niini kung mag-wire. Apan, sa aktuwal nga desinyo, aron maseguro nga ang signal adunay igong oras sa pagkupot, o aron makunhuran ang oras sa pag-offset tali sa parehas nga grupo sa mga signal, kanunay nga kinahanglan nga tinuyo nga i-winding ang wire.

Busa, unsa ang epekto sa serpentine nga linya sa signal transmission? Unsa ang kinahanglan nako nga hatagan pagtagad kung mag-wiring? Ang duha ka labing kritikal nga mga parameter mao ang parallel coupling length (Lp) ug ang coupling distance (S), ingon sa gipakita sa Figure 1-8-21. Dayag nga, kung ang signal gipasa sa serpentine trace, ang parallel line segments idugtong sa usa ka differential mode. Kon mas gamay ang S ug mas dako ang Lp, mas dako ang ang-ang sa pagkabit. Mahimo kini nga hinungdan sa pagkunhod sa pagkalangan sa transmission, ug ang kalidad sa signal maminusan pag-ayo tungod sa crosstalk. Ang mekanismo mahimong magtumong sa pagtuki sa komon nga mode ug differential mode crosstalk sa Kapitulo 3.

Ang mosunud mao ang pipila ka mga sugyot alang sa mga inhenyero sa Layout kung nag-atubang sa mga linya sa bitin:

1. Sulayi sa pagdugang sa gilay-on (S) sa parallel linya bahin, sa labing menos labaw pa kay sa 3H, H nagtumong sa gilay-on gikan sa signal pagsubay ngadto sa reference eroplano. Sa mga termino sa layko, kini mao ang paglibot sa usa ka dako nga likoanan. Hangtud nga ang S igo nga kadak-an, ang epekto sa pagdugtong sa usag usa hapit hingpit nga malikayan. 2. Bawasan ang gitas-on sa pagkabit Lp. Kung ang doble nga paglangan sa Lp moduol o molapas sa oras sa pagtaas sa signal, ang crosstalk nga namugna moabut sa saturation. 3. Ang paglangan sa pagpasa sa signal tungod sa serpentine nga linya sa Strip-Line o Embedded Micro-strip mas ubos kaysa sa Micro-strip. Sa teorya, ang stripline dili makaapekto sa transmission rate tungod sa differential mode crosstalk. 4. Para sa high-speed nga signal lines ug kadtong adunay estrikto nga timing requirements, sulayi nga dili mogamit ug serpentine lines, ilabi na sa gagmay nga mga lugar. 5. Kanunay nimong gamiton ang mga serpentine traces sa bisan unsang anggulo, sama sa C structure sa Figure 1-8-20, nga epektibong makapakunhod sa mutual coupling. 6. Sa high-speed nga disenyo sa PCB, ang serpentine line walay gitawag nga pagsala o anti-interference nga abilidad, ug makapakunhod lamang sa kalidad sa signal, mao nga kini gigamit lamang alang sa timing matching ug walay laing katuyoan. 7. Usahay makonsiderar nimo ang spiral routing para sa winding. Ang simulation nagpakita nga ang epekto niini mas maayo kay sa normal nga serpentine routing.