Cynllun yw un o’r sgiliau swydd mwyaf sylfaenol i beirianwyr dylunio PCB. Bydd ansawdd y gwifrau’n effeithio’n uniongyrchol ar berfformiad y system gyfan. Rhaid i’r mwyafrif o ddamcaniaethau dylunio cyflym gael eu gweithredu a’u gwirio o’r diwedd trwy Layout. Gellir gweld bod gwifrau’n bwysig iawn yn PCB cyflym dyluniad. Bydd y canlynol yn dadansoddi rhesymoledd rhai sefyllfaoedd y gellir dod ar eu traws wrth weirio go iawn, ac yn rhoi rhai strategaethau llwybro mwy optimaidd.

Fe’i eglurir yn bennaf o dair agwedd: gwifrau ongl sgwâr, gwifrau gwahaniaethol, a gwifrau serpentine.

1. Llwybro ongl sgwâr

Yn gyffredinol, mae gwifrau ongl sgwâr yn sefyllfa y mae angen ei hosgoi gymaint â phosibl mewn gwifrau PCB, ac mae bron wedi dod yn un o’r safonau ar gyfer mesur ansawdd gwifrau. Felly faint o ddylanwad fydd gan y gwifrau ongl sgwâr ar drosglwyddo signal? Mewn egwyddor, bydd llwybro ongl sgwâr yn newid lled llinell y llinell drosglwyddo, gan achosi diffyg parhad mewn rhwystriant. Mewn gwirionedd, gall nid yn unig llwybro ongl sgwâr, ond hefyd corneli a llwybro ongl acíwt achosi newidiadau rhwystriant.

Mae dylanwad llwybro ongl sgwâr ar y signal yn cael ei adlewyrchu’n bennaf mewn tair agwedd:

Un yw y gall y gornel fod yn gyfwerth â’r llwyth capacitive ar y llinell drosglwyddo, sy’n arafu’r amser codi; yr ail yw y bydd y diffyg parhad rhwystriant yn achosi adlewyrchiad signal; y trydydd yw’r EMI a gynhyrchir gan y domen ongl sgwâr.

Gellir cyfrifo’r cynhwysedd parasitig a achosir gan ongl sgwâr y llinell drosglwyddo yn ôl y fformiwla empirig ganlynol:

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

Yn y fformiwla uchod, mae C yn cyfeirio at gynhwysedd cyfatebol y gornel (uned: pF), mae W yn cyfeirio at led yr olrhain (uned: modfedd), mae r yn cyfeirio at gysonyn dielectrig y cyfrwng, a Z0 yw’r rhwystriant nodweddiadol o’r llinell drosglwyddo. Er enghraifft, ar gyfer llinell drosglwyddo 4Mils 50 ohm (εr yw 4.3), mae’r cynhwysedd a ddygir gan ongl sgwâr tua 0.0101pF, ac yna gellir amcangyfrif y newid amser codi a achosir gan hyn:

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

Gellir gweld trwy gyfrifo bod yr effaith cynhwysedd a ddygir gan yr olrhain ongl sgwâr yn fach iawn.

Wrth i led llinell yr olrhain ongl sgwâr gynyddu, bydd y rhwystriant yno’n lleihau, felly bydd ffenomen adlewyrchu signal benodol yn digwydd. Gallwn gyfrifo’r rhwystriant cyfatebol ar ôl i led y llinell gynyddu yn ôl y fformiwla cyfrifo rhwystriant a grybwyllir ym mhennod y llinell drosglwyddo, ac yna Cyfrifwch y cyfernod adlewyrchu yn ôl y fformiwla empirig:

ρ = (Zs-Z0) / (Zs + Z0)

Yn gyffredinol, mae’r newid rhwystriant a achosir gan weirio ongl sgwâr rhwng 7% -20%, felly mae’r cyfernod adlewyrchu uchaf tua 0.1. Ar ben hynny, fel y gwelir o’r ffigur isod, mae rhwystriant y llinell drosglwyddo yn newid i’r lleiafswm o fewn hyd y llinell W / 2, ac yna’n dychwelyd i’r rhwystriant arferol ar ôl amser W / 2. Mae’r amser newid rhwystriant cyfan yn fyr iawn, yn aml o fewn 10ps. Y tu mewn, mae newidiadau cyflym a bach o’r fath bron yn ddibwys ar gyfer trosglwyddo signal yn gyffredinol.

Mae gan lawer o bobl y ddealltwriaeth hon o weirio ongl sgwâr. Maen nhw’n meddwl bod y domen yn hawdd ei throsglwyddo neu dderbyn tonnau electromagnetig a chynhyrchu EMI. Mae hyn wedi dod yn un o’r rhesymau pam mae llawer o bobl o’r farn na ellir cyfeirio gwifrau ongl sgwâr. Fodd bynnag, mae llawer o ganlyniadau profion gwirioneddol yn dangos na fydd olion ongl sgwâr yn cynhyrchu EMI amlwg na llinellau syth. Efallai bod perfformiad cyfredol yr offeryn a lefel y prawf yn cyfyngu ar gywirdeb y prawf, ond o leiaf mae’n dangos problem. Mae ymbelydredd y gwifrau ongl sgwâr eisoes yn llai na gwall mesur yr offeryn ei hun.

Yn gyffredinol, nid yw’r llwybr ongl sgwâr mor ofnadwy â’r dychymyg. O leiaf mewn cymwysiadau o dan GHz, prin y mae unrhyw effeithiau fel cynhwysedd, myfyrio, EMI, ac ati yn cael eu hadlewyrchu mewn profion TDR. Dylai peirianwyr dylunio PCB cyflym barhau i ganolbwyntio ar gynllun, pŵer / dyluniad daear, a dyluniad gwifrau. Trwy dyllau ac agweddau eraill. Wrth gwrs, er nad yw effaith gwifrau ongl sgwâr yn ddifrifol iawn, nid yw’n golygu y gallwn ni i gyd ddefnyddio gwifrau ongl sgwâr yn y dyfodol. Sylw i fanylion yw’r ansawdd sylfaenol y mae’n rhaid i bob peiriannydd da ei gael. At hynny, gyda datblygiad cyflym cylchedau digidol, PCB Bydd amlder y signal a brosesir gan beirianwyr yn parhau i gynyddu. Ym maes dylunio RF uwchlaw 10GHz, gall yr onglau sgwâr bach hyn ddod yn ganolbwynt problemau cyflym.

2. Llwybro gwahaniaethol

Defnyddir signal gwahaniaethol (DifferentialSignal) yn fwy ac yn ehangach wrth ddylunio cylched cyflym. Mae’r signal mwyaf hanfodol yn y gylched yn aml wedi’i ddylunio gyda strwythur gwahaniaethol. Beth sy’n ei wneud mor boblogaidd? Sut i sicrhau ei berfformiad da mewn dylunio PCB? Gyda’r ddau gwestiwn hyn, awn ymlaen i ran nesaf y drafodaeth.

Beth yw signal gwahaniaethol? Yn nhermau lleygwr, mae’r pen gyrru yn anfon dau signal cyfartal a gwrthdro, ac mae’r diwedd derbyn yn barnu’r wladwriaeth resymeg “0” neu “1” trwy gymharu’r gwahaniaeth rhwng y ddwy folt. Gelwir y pâr o olion sy’n cario signalau gwahaniaethol yn olion gwahaniaethol.

O’u cymharu ag olion signal un pen cyffredin, mae gan signalau gwahaniaethol y manteision mwyaf amlwg yn y tair agwedd ganlynol:

a. Gallu gwrth-ymyrraeth cryf, oherwydd mae’r cyplu rhwng y ddau olion gwahaniaethol yn dda iawn. Pan fydd ymyrraeth sŵn o’r tu allan, maent bron yn cael eu cyplysu â’r ddwy linell ar yr un pryd, ac nid yw’r diwedd derbyn ond yn poeni am y gwahaniaeth rhwng y ddau signal. Felly, gellir canslo’r sŵn modd cyffredin allanol yn llwyr. b. Gall atal EMI yn effeithiol. Am yr un rheswm, oherwydd polaredd cyferbyniol y ddau signal, gall y meysydd electromagnetig a belydrir ganddynt ganslo ei gilydd allan. Po dynnach y cyplu, y lleiaf o egni electromagnetig sy’n cael ei wenwyno i’r byd y tu allan. c. Mae’r lleoliad amseru yn gywir. Oherwydd bod newid switsh y signal gwahaniaethol wedi’i leoli ar groesffordd y ddau signal, yn wahanol i’r signal un pen cyffredin, sy’n dibynnu ar y folteddau trothwy uchel ac isel i’w bennu, mae’r broses a’r tymheredd yn gallu effeithio llai arno, a all lleihau’r gwall yn yr amseriad. , Ond hefyd yn fwy addas ar gyfer cylchedau signal osgled isel. Mae’r LVDS poblogaidd cyfredol (lowvoltagedifferentialsignaling) yn cyfeirio at y dechnoleg signal gwahaniaethol osgled fach hon.

I beirianwyr PCB, y pryder mwyaf yw sut i sicrhau y gellir defnyddio’r manteision hyn o weirio gwahaniaethol yn llawn mewn gwifrau gwirioneddol. Efallai y bydd unrhyw un sydd wedi bod mewn cysylltiad â Layout yn deall gofynion cyffredinol gwifrau gwahaniaethol, hynny yw, “hyd cyfartal a phellter cyfartal”. Yr hyd cyfartal yw sicrhau bod y ddau signal gwahaniaethol yn cynnal polaredd gyferbyn bob amser ac yn lleihau’r gydran modd cyffredin; y pellter cyfartal yn bennaf yw sicrhau bod rhwystrau gwahaniaethol y ddau yn gyson ac yn lleihau adlewyrchiadau. Weithiau mae “mor agos â phosib” yn un o ofynion gwifrau gwahaniaethol. Ond ni ddefnyddir yr holl reolau hyn i gymhwyso’n fecanyddol, ac ymddengys nad yw llawer o beirianwyr yn deall hanfod trosglwyddo signal gwahaniaethol cyflym o hyd.

Mae’r canlynol yn canolbwyntio ar sawl camddealltwriaeth cyffredin wrth ddylunio signal gwahaniaethol PCB.

Camddealltwriaeth 1: Credir nad oes angen awyren ddaear ar y signal gwahaniaethol fel llwybr dychwelyd, neu fod yr olion gwahaniaethol yn darparu llwybr dychwelyd i’w gilydd. Y rheswm am y camddealltwriaeth hwn yw eu bod yn cael eu drysu gan ffenomenau arwynebol, neu nad yw’r mecanwaith trosglwyddo signal cyflym yn ddigon dwfn. Gellir gweld o strwythur diwedd derbyn Ffigur 1-8-15 bod ceryntau allyrryddion transistorau Q3 a Q4 yn gyfartal a gwrthwyneb, ac mae eu ceryntau ar y ddaear yn canslo ei gilydd yn union (I1 = 0), felly mae’r cylched gwahaniaethol yw bownsio tebyg ac mae signalau sŵn eraill a all fodoli ar y pŵer ac mae awyrennau daear yn ansensitif. Nid yw canslo rhannol yr awyren ddaear yn golygu nad yw’r gylched wahaniaethol yn defnyddio’r awyren gyfeirio fel y llwybr dychwelyd signal. Mewn gwirionedd, yn y dadansoddiad o ddychwelyd signal, mae mecanwaith gwifrau gwahaniaethol a gwifrau un pen cyffredin yr un peth, hynny yw, mae signalau amledd uchel bob amser yn Reflow ar hyd y ddolen gyda’r inductance lleiaf, y gwahaniaeth mwyaf yw, yn ychwanegol at y cyplydd i’r llawr, mae gan y llinell wahaniaethol gyplu gyda’i gilydd hefyd. Pa fath o gyplu sy’n gryf, pa un sy’n dod yn brif lwybr dychwelyd. Mae Ffigur 1-8-16 yn ddiagram sgematig o ddosbarthiad maes geomagnetig signalau un pen a signalau gwahaniaethol.

Wrth ddylunio cylched PCB, mae’r cyplydd rhwng olion gwahaniaethol yn fach ar y cyfan, yn aml dim ond yn cyfrif am 10 i 20% o’r radd gyplu, a mwy yw’r cyplu i’r ddaear, felly mae prif lwybr dychwelyd yr olrhain gwahaniaethol yn dal i fodoli ar lawr gwlad. awyren. Pan fydd yr awyren ddaear yn amharhaol, bydd y cyplydd rhwng yr olion gwahaniaethol yn darparu’r prif lwybr dychwelyd yn yr ardal heb awyren gyfeirio, fel y dangosir yn Ffigur 1-8-17. Er nad yw dylanwad amharodrwydd yr awyren gyfeirio ar yr olrhain gwahaniaethol mor ddifrifol â dylanwad yr olrhain un pen cyffredin, bydd yn dal i leihau ansawdd y signal gwahaniaethol ac yn cynyddu EMI, y dylid ei osgoi cymaint â phosibl. . Mae rhai dylunwyr yn credu y gellir symud yr awyren gyfeirio o dan yr olrhain gwahaniaethol i atal rhai signalau modd cyffredin wrth drosglwyddo gwahaniaethol. Fodd bynnag, nid yw’r dull hwn yn ddymunol mewn theori. Sut i reoli’r rhwystriant? Mae’n anochel y bydd peidio â darparu dolen rhwystriant daear ar gyfer y signal modd cyffredin yn achosi ymbelydredd EMI. Mae’r dull hwn yn gwneud mwy o ddrwg nag o les.

Camddealltwriaeth 2: Credir bod cadw bylchau cyfartal yn bwysicach na chyfateb hyd llinell. Mewn cynllun PCB gwirioneddol, yn aml nid yw’n bosibl cwrdd â gofynion dylunio gwahaniaethol ar yr un pryd. Oherwydd bodolaeth dosbarthiad pin, vias, a gofod gwifrau, rhaid cyflawni pwrpas paru hyd llinell trwy weindio’n iawn, ond y canlyniad yw na all rhai rhannau o’r pâr gwahaniaethol fod yn gyfochrog. Beth ddylen ni ei wneud ar yr adeg hon? Pa ddewis? Cyn dod i gasgliadau, gadewch i ni edrych ar y canlyniadau efelychu canlynol.

O’r canlyniadau efelychu uchod, gellir gweld bod tonffurfiau Cynllun 1 a Chynllun 2 bron yn gyd-ddigwyddiadol, hynny yw, mae’r dylanwad a achosir gan y bylchau anghyfartal yn fach iawn. Mewn cymhariaeth, mae dylanwad y camgymhariad hyd llinell ar yr amseru yn llawer mwy. (Cynllun 3). O’r dadansoddiad damcaniaethol, er y bydd y bylchau anghyson yn achosi i’r rhwystriant gwahaniaethol newid, oherwydd nad yw’r cyplydd rhwng y pâr gwahaniaethol ei hun yn sylweddol, mae’r ystod newid rhwystriant hefyd yn fach iawn, fel arfer o fewn 10%, sydd ddim ond yn cyfateb i un tocyn. . Ni fydd yr adlewyrchiad a achosir gan y twll yn cael effaith sylweddol ar drosglwyddo signal. Unwaith nad yw hyd y llinell yn cyfateb, yn ychwanegol at y gwrthbwyso amseru, cyflwynir cydrannau modd cyffredin i’r signal gwahaniaethol, sy’n lleihau ansawdd y signal ac yn cynyddu EMI.

Gellir dweud mai’r rheol bwysicaf wrth ddylunio olion gwahaniaethol PCB yw hyd y llinell sy’n cyfateb, a gellir trin rheolau eraill yn hyblyg yn unol â gofynion dylunio a chymwysiadau ymarferol.

Camddealltwriaeth 3: Meddyliwch fod yn rhaid i’r gwifrau gwahaniaethol fod yn agos iawn. Nid yw cadw’r olion gwahaniaethol yn agos yn ddim mwy na gwella eu cyplydd, a all nid yn unig wella imiwnedd rhag sŵn, ond hefyd wneud defnydd llawn o bolaredd cyferbyniol y maes magnetig i wneud iawn am ymyrraeth electromagnetig i’r byd y tu allan. Er bod y dull hwn yn fuddiol iawn yn y rhan fwyaf o achosion, nid yw’n absoliwt. Os gallwn sicrhau eu bod yn cael eu cysgodi’n llawn rhag ymyrraeth allanol, yna nid oes angen i ni ddefnyddio cyplu cryf i gyflawni gwrth-ymyrraeth. A phwrpas atal EMI. Sut allwn ni sicrhau ynysu a chysgodi olion gwahaniaethol yn dda? Mae cynyddu’r bylchau ag olion signal eraill yn un o’r ffyrdd mwyaf sylfaenol. Mae egni’r maes electromagnetig yn lleihau gyda sgwâr y pellter. Yn gyffredinol, pan fo’r bylchau llinell yn fwy na 4 gwaith lled y llinell, mae’r ymyrraeth rhyngddynt yn hynod wan. Gellir ei anwybyddu. Yn ogystal, gall ynysu gan yr awyren ddaear hefyd chwarae rôl cysgodi dda. Defnyddir y strwythur hwn yn aml mewn dyluniad PCB pecyn IC amledd uchel (uwch na 10G). Fe’i gelwir yn strwythur CPW, a all sicrhau rhwystriant gwahaniaethol llym. Rheolaeth (2Z0), fel y dangosir yn Ffigur 1-8-19.

Gall olion gwahaniaethol hefyd redeg mewn gwahanol haenau signal, ond yn gyffredinol ni argymhellir y dull hwn, oherwydd bydd y gwahaniaethau mewn rhwystriant a vias a gynhyrchir gan wahanol haenau yn dinistrio effaith trosglwyddo modd gwahaniaethol ac yn cyflwyno sŵn modd cyffredin. Yn ogystal, os nad yw’r ddwy haen gyfagos wedi’u cyplysu’n dynn, bydd yn lleihau gallu’r olrhain gwahaniaethol i wrthsefyll sŵn, ond os gallwch chi gadw pellter cywir o’r olion cyfagos, nid yw crosstalk yn broblem. Ar amleddau cyffredinol (islaw GHz), ni fydd EMI yn broblem ddifrifol. Mae arbrofion wedi dangos bod gwanhau egni pelydredig ar bellter o 500 milltir o olrhain gwahaniaethol wedi cyrraedd 60 dB ar bellter o 3 metr, sy’n ddigonol i gyrraedd safon ymbelydredd electromagnetig Cyngor Sir y Fflint, felly nid oes raid i’r dylunydd boeni hefyd. llawer am yr anghydnawsedd electromagnetig a achosir gan gyplu llinell wahaniaethol annigonol.

3. Llinell serpentine

Mae llinell neidr yn fath o ddull llwybro a ddefnyddir yn aml yn y Cynllun. Ei brif bwrpas yw addasu’r oedi i fodloni gofynion dylunio amseru’r system. Rhaid i’r dylunydd fod â’r ddealltwriaeth hon yn gyntaf: bydd y llinell serpentine yn dinistrio ansawdd y signal, yn newid yr oedi trosglwyddo, ac yn ceisio osgoi ei ddefnyddio wrth weirio. Fodd bynnag, mewn dyluniad gwirioneddol, er mwyn sicrhau bod gan y signal ddigon o amser dal, neu i leihau’r amser gwrthbwyso rhwng yr un grŵp o signalau, yn aml mae’n angenrheidiol dirwyn y wifren yn fwriadol.

Felly, pa effaith y mae’r llinell serpentine yn ei chael ar drosglwyddo signal? Beth ddylwn i roi sylw iddo wrth weirio? Y ddau baramedr mwyaf hanfodol yw’r hyd cyplu cyfochrog (Lp) a’r pellter cyplu (S), fel y dangosir yn Ffigur 1-8-21. Yn amlwg, pan drosglwyddir y signal ar yr olrhain serpentine, bydd y segmentau llinell gyfochrog yn cael eu cyplysu mewn modd gwahaniaethol. Y lleiaf yw’r S a’r mwyaf yw’r Lp, y mwyaf yw’r cyplu. Efallai y bydd yn achosi i’r oedi trosglwyddo gael ei leihau, ac mae ansawdd y signal yn cael ei leihau’n fawr oherwydd crosstalk. Gall y mecanwaith gyfeirio at ddadansoddi crosstalk modd cyffredin a modd gwahaniaethol ym Mhennod 3.

Mae’r canlynol yn rhai awgrymiadau ar gyfer peirianwyr Cynllun wrth ddelio â llinellau serpentine:

1. Ceisiwch gynyddu pellter (S) segmentau llinell gyfochrog, o leiaf yn fwy na 3H, mae H yn cyfeirio at y pellter o’r olrhain signal i’r awyren gyfeirio. Yn nhermau lleygwr, mae i fynd o amgylch tro mawr. Cyn belled â bod S yn ddigon mawr, gellir osgoi’r effaith cyplu bron yn llwyr. 2. Gostyngwch hyd y cyplydd Lp. Pan fydd yr oedi Lp dwbl yn agosáu at neu’n fwy na’r amser codi signal, bydd y crosstalk a gynhyrchir yn cyrraedd dirlawnder. 3. Mae’r oedi wrth drosglwyddo signal a achosir gan linell serpentine y Llain Strip neu’r Micro-stribed wedi’i fewnosod yn llai na’r Micro-stribed. Mewn theori, ni fydd y llinell linell yn effeithio ar y gyfradd drosglwyddo oherwydd crosstalk modd gwahaniaethol. 4. Ar gyfer llinellau signal cyflym a’r rheini sydd â gofynion amseru llym, ceisiwch beidio â defnyddio llinellau serpentine, yn enwedig mewn ardaloedd bach. 5. Yn aml gallwch ddefnyddio olion serpentine ar unrhyw ongl, fel y strwythur C yn Ffigur 1-8-20, a all leihau cyplu ar y cyd yn effeithiol. 6. Mewn dyluniad PCB cyflym, nid oes gan y llinell serpentine y gallu hidlo neu wrth-ymyrraeth fel y’i gelwir, a gall leihau ansawdd y signal yn unig, felly dim ond ar gyfer paru amseru y mae’n cael ei ddefnyddio ac nid oes ganddo unrhyw bwrpas arall. 7. Weithiau gallwch ystyried llwybro troellog ar gyfer troellog. Mae efelychu yn dangos bod ei effaith yn well na llwybro serpentine arferol.