Se zvýšením rychlosti spínání výstupu integrovaného obvodu a PCB deska density, Signal Integrity has become one of the issues that must be concerned in high-speed digital PCB design. The parameters of components and PCB board, the layout of components on PCB board, the wiring of high-speed Signal line and other factors, Can cause problems with signal integrity.

For PCB layouts, signal integrity requires a board layout that does not affect signal timing or voltage, while for circuit wiring, signal integrity requires termination elements, layout strategies, and wiring information. Vysoká rychlost signálu na desce plošných spojů, nesprávné umístění koncových komponent nebo nesprávné zapojení vysokorychlostních signálů může způsobit problémy s integritou signálu, což může způsobit, že systém bude vysílat nesprávná data, obvod bude pracovat nesprávně nebo nebude fungovat vůbec. Jak plně zohlednit integritu signálu a přijmout účinná kontrolní opatření v návrhu DPS se stalo horkým tématem v průmyslu návrhu DPS.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. Naopak, když signál nereaguje správně, nastal problém s integritou signálu. Problémy s integritou signálu mohou vést nebo přímo vést ke zkreslení signálu, chybám časování, nesprávným datům, adresním a řídicím linkám a nesprávné funkci systému nebo dokonce selhání systému. V procesu navrhování desek plošných spojů lidé nashromáždili mnoho pravidel pro návrh desek plošných spojů. Při návrhu DPS lze lépe dosáhnout integrity signálu DPS pečlivým odkazem na tato pravidla návrhu.

Při navrhování PCB bychom měli nejprve porozumět návrhovým informacím celé desky plošných spojů, která zahrnuje především:

1. The number of devices, device size, device package, chip rate, whether PCB is divided into low speed, medium speed and high speed area, which is the interface input and output area;

2. The overall layout requirements, device layout location, whether there is a high power device, chip device heat dissipation special requirements;

3. Typ signálního vedení, rychlost a směr přenosu, požadavky na řízení impedance signálního vedení, směr rychlosti sběrnice a jízdní situace, klíčové signály a ochranná opatření;

4. Typ napájecího zdroje, typ uzemnění, požadavky na toleranci hluku pro napájecí zdroj a uzemnění, nastavení a segmentace napájecího zdroje a zemní roviny;

5. Typy a rychlosti hodinových linek, zdroj a směr hodinových linek, požadavky na zpoždění hodin, požadavky na nejdelší linku.

PCB vrstvený design

Po porozumění základním informacím o desce s obvody je nutné zvážit konstrukční požadavky na náklady na desku s obvody a integritu signálu a zvolit rozumný počet vrstev zapojení. At present, the circuit board has gradually developed from single layer, double layer and four layer to more multi-layer circuit board. Multi-layer PCB design can improve the reference surface of signal routing and provide backflow path for signal, which is the main measure to achieve good signal integrity. When designing PCB layering, follow the following rules:

1. Referenční rovinou je pokud možno rovina umělé země. Jako referenční rovinu lze použít napájecí zdroj i zemnící rovinu a obě mají určitou stínící funkci. Stínící účinek napájecí roviny je však mnohem nižší než u zemnící roviny kvůli její vyšší charakteristické impedanci a většímu potenciálnímu rozdílu mezi napájecí úrovní a referenční úrovní země.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. Pokud to náklady na návrh dovolují, je nejlepší uspořádat digitální a analogové obvody na samostatné vrstvy. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. Analogové a digitální napájení a uzemnění musí být odděleny, nikdy nesmí být smíchány.

3. Směrování klíčového signálu sousedních vrstev nepřekračuje oblast segmentace. Signály vytvoří v celé oblasti velkou signální smyčku a budou generovat silné záření. If the signal cable must cross the area when the ground cable is divided, a single point can be connected between the ground to form a connection bridge between the two ground points, and then the cable can be routed through the connection bridge.

4. Pod povrchem součásti by měla být relativně úplná základní rovina. U vícevrstvé desky musí být pokud možno zachována celistvost základní desky. V pozemní rovině normálně nesmějí vést žádné signální čáry.

5, vysokofrekvenční, vysokorychlostní, hodinové a další klíčové signální linky by měly mít sousední zemskou rovinu. In this way, the distance between signal line and ground line is only the distance between PCB layers, so the actual current always flows in the ground line directly below the signal line, forming the smallest signal loop area and reducing radiation.

How to design the signal of integrity PCB

PCB layout design

Klíčem návrhu integrity integrity tištěné desky je rozložení a zapojení, které přímo souvisí s výkonem desky plošných spojů. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. Pokud je deska plošných spojů příliš velká a distribuovaná, může být přenosové vedení velmi dlouhé, což má za následek zvýšenou impedanci, sníženou odolnost proti šumu a zvýšené náklady. Pokud jsou součásti umístěny dohromady, je odvod tepla špatný a v sousedním vedení může dojít k přeslechu spojky. Proto musí být rozvržení založeno na funkčních jednotkách obvodu, přičemž je třeba vzít v úvahu elektromagnetickou kompatibilitu, rozptyl tepla a faktory rozhraní.

Při rozložení desky plošných spojů se smíšenými digitálními a analogovými signály nemíchejte digitální a analogové signály. Pokud musí být smíchány analogové a digitální signály, ujistěte se, že jsou linky svislé, aby se snížil účinek křížové vazby. Digitální obvod, analogový obvod a obvod generující šum na desce plošných spojů by měly být odděleny a citlivý obvod by měl být nejprve směrován a vazební dráha mezi obvody by měla být odstraněna. Zejména vezměte v úvahu hodiny, resetovací a přerušovací linky, nedávejte je paralelně k vysokoproudým spínacím linkám, které se jinak snadno poškodí elektromagnetickými vazebnými signály, což způsobí neočekávané resetování nebo přerušení. The overall layout should follow the following principles:

1. Rozložení funkčních oblastí, analogový obvod a digitální obvod na desce plošných spojů by mělo mít různé prostorové rozložení.

2. podle procesu signálu obvodu uspořádat funkční obvod jednotky tak, aby tok signálu zachovat stejný směr.

3. Take the core components of each functional circuit unit as the center, and other components are arranged around it.

4. Shorten the connection between high-frequency components as much as possible and try to reduce their distribution parameters.

5. Snadno rušitelné komponenty by neměly být příliš blízko u sebe, vstupní a výstupní komponenty by měly být daleko.

How to design the signal of integrity PCB

Návrh zapojení DPS

Všechna signální vedení by měla být klasifikována před zapojením DPS. First of all, clock line, sensitive signal line, and then high-speed signal line, in order to ensure that this kind of signal through the hole is enough, distribution parameters of good characteristics, and then general unimportant signal line.

Incompatible signal lines should be far away from each other and do not parallel wiring, such as digital and analog, high speed and low speed, high current and small current, high voltage and low voltage. Signální kabely v různých vrstvách by měly být vedeny svisle k sobě, aby se omezilo přeslechy. Uspořádání signálních vedení je nejlépe uspořádáno podle směru toku signálu. Výstupní signální vedení obvodu by se nemělo vrátit zpět do oblasti vstupního signálního vedení. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. V případě potřeby lze na dvojitý panel přidat izolační zemnicí vodič na obou stranách vysokorychlostního signálního vedení. Všechny vysokorychlostní hodinové linky na vícevrstvé desce by měly být stíněny podle délky hodinových linek.

Obecné zásady pro zapojení jsou:

1. Pokud je to možné, volte návrh vedení s nízkou hustotou a signálové vedení pokud možno konzistentní s tloušťkou, což vede k přizpůsobení impedance. V případě vysokofrekvenčního obvodu může nepřiměřená konstrukce směru, šířky a řádkování signálního vedení způsobit křížové rušení mezi vedeními přenosu signálu.

2. Pokud je to možné, vyhněte se sousedním vstupním a výstupním vodičům a paralelnímu vedení na velké vzdálenosti. Pro snížení přeslechů paralelních signálových vedení lze zvětšit rozestupy mezi signálovými vedeními nebo lze mezi signální vedení vložit izolační pásy.

3. Šířka čáry na DPS musí být jednotná a nesmí docházet k žádné mutaci šířky čáry. Ohyb kabelů desky plošných spojů by neměl používat roh 90 stupňů, měl by používat oblouk nebo úhel 135 stupňů, pokud je to možné, aby byla zachována kontinuita impedance linky.

4. Minimize the area of the current loop. The external radiation intensity of current-carrying circuit is proportional to the current passing through, the loop area and the square of signal frequency. Reducing the current loop area can reduce the ELECTROMAGNETIC interference of PCB.

5. Pokud je to možné snížit délku drátu, zvětšit šířku drátu, přispívá ke snížení impedance drátu.

6. U řídicích signálů spínače by měl být co nejvíce snížen počet kabelů SIGNAL PCB, které současně mění stav.