Με την αύξηση της ταχύτητας μεταγωγής εξόδου ολοκληρωμένου κυκλώματος και PCB συμβούλιο 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. Η υψηλή ταχύτητα σήματος σε ένα PCB, η εσφαλμένη τοποθέτηση των ακραίων εξαρτημάτων ή η λανθασμένη καλωδίωση σημάτων υψηλής ταχύτητας μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα ακεραιότητας σήματος, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν το σύστημα να εξάγει εσφαλμένα δεδομένα, το κύκλωμα να λειτουργεί σωστά ή να μην λειτουργεί καθόλου. Το πώς να λάβετε πλήρως υπόψη την ακεραιότητα του σήματος και να λάβετε αποτελεσματικά μέτρα ελέγχου στο σχεδιασμό PCB έχει γίνει ένα καυτό θέμα στη βιομηχανία σχεδιασμού PCB.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. Αντίθετα, όταν το σήμα δεν ανταποκρίνεται σωστά, υπάρχει πρόβλημα ακεραιότητας σήματος. Προβλήματα ακεραιότητας σήματος μπορεί να οδηγήσουν ή να οδηγήσουν άμεσα σε παραμόρφωση σήματος, σφάλματα χρονισμού, λανθασμένα δεδομένα, γραμμές διεύθυνσης και ελέγχου, καθώς και λανθασμένη λειτουργία του συστήματος ή ακόμη και διακοπή του συστήματος. Στη διαδικασία της πρακτικής σχεδίασης PCB, οι άνθρωποι έχουν συσσωρεύσει πολλούς κανόνες σχεδιασμού PCB. Στον σχεδιασμό PCB, η ακεραιότητα του σήματος του PCB μπορεί να επιτευχθεί καλύτερα με προσεκτική αναφορά σε αυτούς τους κανόνες σχεδιασμού.

Κατά το σχεδιασμό του PCB, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τις πληροφορίες σχεδιασμού ολόκληρης της πλακέτας κυκλώματος, οι οποίες περιλαμβάνουν κυρίως:

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. Τύπος γραμμής σήματος, ταχύτητα και κατεύθυνση μετάδοσης, απαιτήσεις ελέγχου σύνθετης αντίστασης γραμμής σήματος, κατεύθυνση ταχύτητας διαύλου και κατάσταση οδήγησης, βασικά σήματα και μέτρα προστασίας.

4. Τύπος τροφοδοσίας, τύπος γείωσης, απαιτήσεις ανοχής θορύβου για παροχή ηλεκτρικού ρεύματος και γείωση, ρύθμιση και τμηματοποίηση τροφοδοσίας και επιπέδου γείωσης.

5. Τύποι και ρυθμοί γραμμών ρολογιού, πηγή και κατεύθυνση γραμμών ρολογιού, απαιτήσεις καθυστέρησης ρολογιού, απαιτήσεις μεγαλύτερης γραμμής.

Σχέδιο πολυεπίπεδο PCB

Αφού κατανοήσετε τις βασικές πληροφορίες της πλακέτας κυκλώματος, είναι απαραίτητο να σταθμίσετε τις απαιτήσεις σχεδιασμού του κόστους της πλακέτας κυκλώματος και της ακεραιότητας του σήματος και να επιλέξετε έναν λογικό αριθμό στρωμάτων καλωδίωσης. 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. Το επίπεδο αναφοράς είναι κατά προτίμηση το επίπεδο γείωσης. Τόσο η τροφοδοσία όσο και το επίπεδο γείωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επίπεδο αναφοράς και αμφότερα έχουν συγκεκριμένη λειτουργία θωράκισης. Ωστόσο, η επίδραση θωράκισης του επιπέδου τροφοδοσίας ισχύος είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του επιπέδου γείωσης λόγω της υψηλότερης χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης και της μεγαλύτερης διαφοράς δυναμικού μεταξύ του επιπέδου τροφοδοσίας ισχύος και του επιπέδου εδάφους αναφοράς.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. Όπου το κόστος σχεδιασμού το επιτρέπει, είναι καλύτερο να τοποθετήσετε ψηφιακά και αναλογικά κυκλώματα σε ξεχωριστά στρώματα. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. Η αναλογική και η ψηφιακή ισχύς και η γείωση πρέπει να διαχωρίζονται, ποτέ να μην αναμιγνύονται.

3. Η βασική δρομολόγηση σήματος των παρακείμενων στρωμάτων δεν διασχίζει την περιοχή τμηματοποίησης. Τα σήματα θα σχηματίσουν έναν μεγάλο βρόχο σήματος σε όλη την περιοχή και θα παράγουν ισχυρή ακτινοβολία. 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. Θα πρέπει να υπάρχει ένα σχετικά πλήρες επίπεδο γείωσης κάτω από την επιφάνεια του συστατικού. Η ακεραιότητα του επιπέδου γείωσης πρέπει να διατηρείται όσο το δυνατόν περισσότερο για την πολυστρωματική πλάκα. Δεν επιτρέπεται κανονικά να τρέχουν γραμμές σήματος στο επίπεδο γείωσης.

5, υψηλή συχνότητα, υψηλή ταχύτητα, ρολόι και άλλες βασικές γραμμές σήματος πρέπει να έχουν παρακείμενο επίπεδο γείωσης. 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

Το κλειδί του σχεδιασμού της ακεραιότητας του σήματος της τυπωμένης πλακέτας είναι η διάταξη και η καλωδίωση, η οποία σχετίζεται άμεσα με την απόδοση του PCB. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. Εάν το PCB είναι πολύ μεγάλο και κατανεμημένο, η γραμμή μεταφοράς μπορεί να είναι πολύ μεγάλη, με αποτέλεσμα αυξημένη σύνθετη αντίσταση, μειωμένη αντίσταση θορύβου και αυξημένο κόστος. Εάν τα εξαρτήματα τοποθετηθούν μαζί, η διάχυση θερμότητας είναι ανεπαρκής και ενδέχεται να προκύψουν παρεμβολές σύζευξης σε παρακείμενες καλωδιώσεις. Επομένως, η διάταξη πρέπει να βασίζεται στις λειτουργικές μονάδες του κυκλώματος, λαμβάνοντας υπόψη την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα, τη διάχυση θερμότητας και τους παράγοντες διασύνδεσης.

Όταν τοποθετείτε ένα PCB με μικτά ψηφιακά και αναλογικά σήματα, μην αναμιγνύετε ψηφιακά και αναλογικά σήματα. Εάν πρέπει να αναμειχθούν αναλογικά και ψηφιακά σήματα, φροντίστε να ευθυγραμμίσετε κάθετα για να μειώσετε την επίδραση της διασταυρούμενης σύζευξης. Το ψηφιακό κύκλωμα, το αναλογικό κύκλωμα και το κύκλωμα δημιουργίας θορύβου στην πλακέτα κυκλώματος πρέπει να διαχωριστούν και το ευαίσθητο κύκλωμα πρέπει να δρομολογηθεί πρώτα και η διαδρομή ζεύξης μεταξύ των κυκλωμάτων να εξαλειφθεί. Ειδικότερα, λάβετε υπόψη τις γραμμές ρολογιού, επαναφοράς και διακοπής, μην παραλληλίζετε αυτές τις γραμμές με τις γραμμές διακόπτη υψηλού ρεύματος, διαφορετικά καταστρέφονται εύκολα από τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα ζεύξης, προκαλώντας απροσδόκητη επαναφορά ή διακοπή. The overall layout should follow the following principles:

1. Η διάταξη λειτουργικού διαμερίσματος, το αναλογικό κύκλωμα και το ψηφιακό κύκλωμα στο PCB θα πρέπει να έχουν διαφορετική χωρική διάταξη.

2. Σύμφωνα με τη διαδικασία σήματος κυκλώματος για να τακτοποιήσετε τις λειτουργικές μονάδες κυκλώματος, έτσι ώστε η ροή του σήματος να διατηρεί την ίδια κατεύθυνση.

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. Τα εξαρτήματα που διαταράσσονται εύκολα δεν πρέπει να είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο, τα στοιχεία εισόδου και εξόδου θα πρέπει να είναι μακριά.

How to design the signal of integrity PCB

Σχεδιασμός καλωδίων PCB

Όλες οι γραμμές σήματος πρέπει να ταξινομούνται πριν από την καλωδίωση PCB. 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. Τα καλώδια σήματος σε διαφορετικά στρώματα θα πρέπει να δρομολογούνται κάθετα μεταξύ τους για να μειωθεί η αλληλεπίδραση. Η διάταξη των γραμμών σήματος είναι καλύτερα διατεταγμένη σύμφωνα με την κατεύθυνση ροής του σήματος. Η γραμμή σήματος εξόδου ενός κυκλώματος δεν πρέπει να επανατοποθετηθεί στην περιοχή της γραμμής σήματος εισόδου. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. Στο διπλό πάνελ, εάν είναι απαραίτητο, το καλώδιο γείωσης απομόνωσης μπορεί να προστεθεί και στις δύο πλευρές της γραμμής σήματος υψηλής ταχύτητας. Όλες οι γραμμές ρολογιού υψηλής ταχύτητας στην πλακέτα πολλαπλών στρώσεων θα πρέπει να θωρακίζονται ανάλογα με το μήκος των γραμμών ρολογιού.

Οι γενικές αρχές για την καλωδίωση είναι:

1. Στο μέτρο του δυνατού, επιλέξτε σχεδιασμό καλωδίωσης χαμηλής πυκνότητας και καλωδίωση σήματος, στο μέτρο του δυνατού, σύμφωνα με το πάχος, που ευνοεί την αντιστοίχιση αντίστασης. Για το κύκλωμα rf, ο παράλογος σχεδιασμός της κατεύθυνσης, του πλάτους και του διαστήματος γραμμής σήματος μπορεί να προκαλέσει διασταυρούμενες παρεμβολές μεταξύ των γραμμών μετάδοσης σήματος.

2. Στο μέτρο του δυνατού, αποφύγετε γειτονικά καλώδια εισόδου και εξόδου και παράλληλες καλωδιώσεις μεγάλων αποστάσεων. Για να μειωθεί η διασταύρωση παράλληλων γραμμών σήματος, μπορεί να αυξηθεί το διάστημα μεταξύ των γραμμών σήματος ή να εισαχθούν ζώνες απομόνωσης μεταξύ των γραμμών σήματος.

3. Το πλάτος γραμμής στο PCB πρέπει να είναι ομοιόμορφο και δεν πρέπει να προκύψει μετάλλαξη πλάτους γραμμής. Η κάμψη καλωδίων PCB δεν πρέπει να χρησιμοποιεί γωνία 90 μοιρών, πρέπει να χρησιμοποιεί τόξο ή γωνία 135 μοιρών, στο μέτρο του δυνατού για να διατηρήσει τη συνέχεια της σύνθετης αντίστασης γραμμής.

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. Όσο είναι δυνατόν να μειωθεί το μήκος του σύρματος, να αυξηθεί το πλάτος του σύρματος, συμβάλλει στη μείωση της σύνθετης αντίστασης του σύρματος.

6. Για σήματα ελέγχου διακόπτη, ο αριθμός καλωδίων SIGNAL PCB που αλλάζει κατάσταση ταυτόχρονα πρέπει να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο.