Aranĝo estas unu el la plej bazaj laborkapabloj por PCB-dezajnaj inĝenieroj. La kvalito de la drataro rekte influos la agadon de la tuta sistemo. La plej multaj altrapidaj dezajnoteorioj devas esti finfine efektivigitaj kaj kontrolitaj per Aranĝo. Oni povas vidi, ke drataro estas tre grava en altrapida PCB dezajno. La sekvanta analizos la raciecon de kelkaj situacioj kiuj povas esti renkontitaj en fakta drataro, kaj donos kelkajn pli optimumigitajn vojstrategiojn.

Ĝi estas ĉefe klarigita el tri aspektoj: orta angula drataro, diferenciga drataro kaj serpenteca drataro.

1. Ortangula vojigo

Ortangula drataro estas ĝenerale situacio, kiun oni devas eviti kiel eble plej multe en PCB-dratado, kaj ĝi preskaŭ fariĝis unu el la normoj por mezuri la kvaliton de drataro. Do kiom da influo havos la ortangula drataro sur signal-transsendo? Principe, orta angula vojigo ŝanĝos la linilarĝon de la transmisilinio, kaŭzante malkontinuecon en impedanco. Fakte, ne nur ortangula vojigo, sed ankaŭ anguloj kaj akuta-angula vojigo povas kaŭzi impedancŝanĝojn.

La influo de orta angula vojigo sur la signalo estas plejparte reflektita en tri aspektoj:

Unu estas ke la angulo povas esti ekvivalenta al la kapacita ŝarĝo sur la transmisilinio, kiu malrapidigas la pliiĝon; la dua estas ke la impedancmalkontinueco kaŭzos signalreflekton; la tria estas la EMI generita per la orta angula pinto.

La parazita kapacitanco kaŭzita de la orta angulo de la transmisilinio povas esti kalkulita per la sekva empiria formulo:

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

En ĉi-supra formulo, C rilatas al la ekvivalenta kapacitanco de la angulo (unuo: pF), W rilatas al la larĝo de la spuro (unuo: colo), εr rilatas al la dielektrika konstanto de la medio, kaj Z0 estas la karakteriza impedanco. de la transmisiolinio. Ekzemple, por 4Mils 50 omo transmisilinio (εr estas 4.3), la kapacitanco alportita per orta angulo estas proksimume 0.0101pF, kaj tiam la plialttempa ŝanĝo kaŭzita de tio povas esti taksita:

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

Oni povas vidi per kalkulo ke la kapacitanca efiko alportita de la orta angula spuro estas ekstreme malgranda.

Ĉar la liniolarĝo de la orta angula spuro pliiĝas, la impedanco tie malpliiĝos, do okazos certa signala reflekta fenomeno. Ni povas kalkuli la ekvivalentan impedancon post kiam la linio-larĝo pliiĝas laŭ la impedanca kalkulformulo menciita en la transdona ĉapitro, kaj tiam Kalkuli la reflektan koeficienton laŭ la empiria formulo:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Ĝenerale, la impedancŝanĝo kaŭzita de ortangula drataro estas inter 7% -20%, do la maksimuma reflekta koeficiento estas ĉirkaŭ 0.1. Krome, kiel povas esti vidita de la figuro malsupre, la impedanco de la transmisilinio ŝanĝiĝas al la minimumo ene de la longo de la W/2-linio, kaj tiam revenas al la normala impedanco post la tempo de W/2. La tuta impedanca ŝanĝotempo estas ekstreme mallonga, ofte ene de 10ps. Interne, tiaj rapidaj kaj malgrandaj ŝanĝoj estas preskaŭ nekonsiderindaj por ĝenerala signal-transsendo.

Multaj homoj havas ĉi tiun komprenon pri ortangulo. Ili opinias, ke la pinto estas facile transdoni aŭ ricevi elektromagnetajn ondojn kaj generi EMI. Ĉi tio fariĝis unu el la kialoj, kial multaj homoj pensas, ke ortangulo ne povas esti direktita. Tamen, multaj realaj testrezultoj montras, ke ort-angulaj spuroj ne produktos evidentan EMI ol rektaj linioj. Eble la aktuala instrumenta rendimento kaj la testnivelo limigas la precizecon de la testo, sed almenaŭ ĝi ilustras problemon. La radiado de la ortangula drataro jam estas pli malgranda ol la mezuraro de la instrumento mem.

Ĝenerale, la orta angula vojigo ne estas tiel terura kiel imagita. Almenaŭ en aplikoj sub GHz, ajnaj efikoj kiel kapacitanco, reflektado, EMI, ktp. apenaŭ reflektiĝas en TDR-testado. Altrapidaj PCB-dezajnaj inĝenieroj ankoraŭ devus koncentriĝi pri aranĝo, potenco/grunda dezajno kaj kabladdezajno. Per truoj kaj aliaj aspektoj. Kompreneble, kvankam la efiko de orta angula drataro ne estas tre grava, ĝi ne signifas, ke ni ĉiuj povas uzi ortangulan drataron estonte. Atento al detaloj estas la baza kvalito, kiun ĉiu bona inĝeniero devas havi. Plie, kun la rapida disvolviĝo de ciferecaj cirkvitoj, PCB La ofteco de la signalo prilaborita de inĝenieroj daŭre pliiĝos. En la kampo de RF-dezajno super 10GHz, ĉi tiuj malgrandaj ortaj anguloj povas fariĝi la fokuso de altrapidaj problemoj.

2. Diferenca vojigo

Diferenciga signalo (DifferentialSignal) estas pli kaj pli vaste uzata en altrapida cirkvitodezajno. La plej kritika signalo en la cirkvito ofte estas dizajnita kun diferenciga strukturo. Kio faras ĝin tiel populara? Kiel certigi ĝian bonan agadon en PCB-dezajno? Kun ĉi tiuj du demandoj, ni daŭrigas al la sekva parto de la diskuto.

Kio estas diferenciga signalo? En terminoj de laiko, la veturanta fino sendas du egalajn kaj inversajn signalojn, kaj la ricevanta fino juĝas la logikan staton “0” aŭ “1” komparante la diferencon inter la du tensioj. La paro de spuroj portantaj diferencigajn signalojn estas nomitaj diferencialaj spuroj.

Kompare kun ordinaraj unufinaj signalspuroj, diferencigaj signaloj havas la plej evidentajn avantaĝojn en la sekvaj tri aspektoj:

a. Forta kontraŭ-interferenca kapablo, ĉar la kuniĝo inter la du diferencialaj spuroj estas tre bona. Kiam estas brua interfero de ekstere, ili estas preskaŭ kunligitaj al la du linioj samtempe, kaj la ricevanto nur zorgas pri la diferenco inter la du signaloj. Tial la ekstera komuna reĝima bruo povas esti tute nuligita. b. Ĝi povas efike subpremi EMI. Pro la sama kialo, pro la kontraŭa poluseco de la du signaloj, la elektromagnetaj kampoj radiataj de ili povas nuligi unu la alian. Ju pli strikta estas la kunigo, des malpli elektromagneta energio elfluita al la ekstera mondo. c. La tempopoziciigo estas preciza. Ĉar la ŝaltiloŝanĝo de la diferenciala signalo situas ĉe la intersekciĝo de la du signaloj, male al la ordinara unufina signalo, kiu dependas de la altaj kaj malaltaj sojlaj tensioj por determini, ĝi estas malpli tuŝita de la procezo kaj temperaturo, kiuj povas. redukti la eraron en la tempigo. , Sed ankaŭ pli taŭga por malalt-amplitudaj signalcirkvitoj. La nuna populara LVDS (malalttensiadiferenciala signalado) rilatas al tiu ĉi malgranda amplituddiferenciga signalteknologio.

Por PCB-inĝenieroj, la plej zorgo estas kiel certigi, ke ĉi tiuj avantaĝoj de diferenciga drataro povas esti plene utiligitaj en fakta drataro. Eble iu ajn, kiu estis en kontakto kun Aranĝo, komprenos la ĝeneralajn postulojn de diferenciga drataro, tio estas, “egala longo kaj egala distanco”. La egala longo devas certigi ke la du diferencialaj signaloj konservas kontraŭajn polusojn ĉiam kaj reduktas la komunan reĝimkomponenton; la egala distanco estas ĉefe certigi ke la diferencialaj impedancoj de la du estas konsekvencaj kaj reduktas reflektojn. “Tiel proksime kiel eble” foje estas unu el la postuloj de diferenciga drataro. Sed ĉiuj ĉi tiuj reguloj ne estas uzataj por meĥanike apliki, kaj multaj inĝenieroj ŝajnas ankoraŭ ne kompreni la esencon de altrapida diferenciga signaltranssendo.

La sekvanta temigas plurajn oftajn miskomprenojn en PCB-diferenciga signaldezajno.

Miskompreno 1: Estas kredite ke la diferenciga signalo ne bezonas grundaviadilon kiel revenvojon, aŭ ke la diferencialaj spuroj disponigas revenvojon por unu la alian. La kialo de ĉi tiu miskompreno estas, ke ili estas konfuzitaj de supraĵaj fenomenoj, aŭ la mekanismo de transsendo de altrapida signalo ne estas sufiĉe profunda. Oni povas vidi el la strukturo de la riceva fino de figuro 1-8-15, ke la elsendfluoj de transistoroj Q3 kaj Q4 estas egalaj kaj kontraŭaj, kaj iliaj fluoj ĉe la grundo ĝuste nuligas unu la alian (I1=0), do la diferenciga cirkvito estas Similaj resaltoj kaj aliaj bruaj signaloj kiuj povas ekzisti sur la potenco kaj grundaj aviadiloj estas nesentemaj. La parta revennuligo de la grundaviadilo ne signifas ke la diferenciala cirkvito ne utiligas la referencaviadilon kiel la signalan revenpadon. Fakte, en la signala revena analizo, la mekanismo de diferenciga drataro kaj ordinara unufina drataro estas la sama, tio estas, altfrekvencaj signaloj estas ĉiam Refluo laŭ la buklo kun la plej malgranda indukto, la plej granda diferenco estas, ke krom la kuplado al la grundo, la diferenciala linio ankaŭ havas reciprokan kupladon. Kiu speco de kuniĝo estas forta, kiu iĝas la ĉefa revenvojo. Figuro 1-8-16 estas skema diagramo de la geomagneta kampa distribuo de unufinitaj signaloj kaj diferencialaj signaloj.

En PCB-cirkvito-dezajno, la kuplado inter diferencigaj spuroj estas ĝenerale malgranda, ofte nur okupante 10 ĝis 20% de la kunliga grado, kaj pli estas la kuplado al la grundo, do la ĉefa revenvojo de la diferenciga spuro ankoraŭ ekzistas sur la tero. aviadilo . Kiam la grunda ebeno estas malkontinua, la kuplado inter la diferencialaj spuroj disponigos la ĉefan revenvojon en la areo sen referenca ebeno, kiel montrite en Figuro 1-8-17. Kvankam la influo de la malkontinueco de la referenca ebeno sur la diferenciala spuro ne estas tiel grava kiel tiu de la ordinara unufina spuro, ĝi ankoraŭ reduktos la kvaliton de la diferenciala signalo kaj pliigos EMI, kio devus esti evitita kiel eble plej multe. . Kelkaj dizajnistoj kredas ke la referencaviadilo sub la diferenciala spuro povas esti forigita por subpremi kelkajn komunajn reĝimsignalojn en diferenciga dissendo. Tamen, ĉi tiu aliro ne estas dezirinda en teorio. Kiel kontroli la impedancon? Ne disponigado de grunda impedanca buklo por la komunreĝima signalo neeviteble kaŭzos EMI-radiadon. Ĉi tiu aliro faras pli da malbono ol bono.

Miskompreno 2: Oni kredas, ke konservi egalan interspacon estas pli grava ol kongrui liniolongo. En reala PCB-aranĝo, ofte ne eblas renkonti la postulojn de diferenciga dezajno samtempe. Pro la ekzisto de stiftodistribuo, vias, kaj drata spaco, la celo de liniolonga egalado devas esti atingita per bonorda volvaĵo, sed la rezulto devas esti ke kelkaj areoj de la diferenciala paro ne povas esti paralelaj. Kion ni faru ĉi-momente? Kiu elekto? Antaŭ ol eltiri konkludojn, ni rigardu la sekvajn simulajn rezultojn.

De ĉi-supraj simuladrezultoj, povas esti vidite ke la ondoformoj de Skemo 1 kaj Skemo 2 estas preskaŭ koincidaj, tio estas, la influo kaŭzita de la neegala interspacigo estas minimuma. En komparo, la influo de la liniolonga misagordo sur la tempigo estas multe pli granda. (Skemo 3). De la teoria analizo, kvankam la malkonsekvenca interspacigo igos la diferencigan impedancon ŝanĝi, ĉar la kuplado inter la diferenciga paro mem ne estas signifa, la impedanca ŝanĝo-intervalo ankaŭ estas tre malgranda, kutime ene de 10%, kio estas nur ekvivalenta al unu enirpermesilo. . La reflektado kaŭzita de la truo ne havos signifan efikon al signaltranssendo. Post kiam la liniolongo ne kongruas, aldone al la tempiga ofseto, oftaj reĝimkomponentoj estas enkondukitaj en la diferencigan signalon, kiu reduktas la kvaliton de la signalo kaj pliigas EMI.

Oni povas diri, ke la plej grava regulo en la dezajno de PCB-diferencaj spuroj estas la kongrua liniolongo, kaj aliaj reguloj povas esti flekseble pritraktitaj laŭ dezajnaj postuloj kaj praktikaj aplikoj.

Miskompreno 3: Pensu, ke la diferenciala drataro devas esti tre proksima. Teni la diferencigajn spurojn proksime estas nenio alia ol plibonigi ilian kupladon, kio povas ne nur plibonigi imunecon al bruo, sed ankaŭ plene uzi la kontraŭan polusecon de la magneta kampo por kompensi elektromagnetan interferon al la ekstera mondo. Kvankam ĉi tiu aliro estas tre utila en la plej multaj kazoj, ĝi ne estas absoluta. Se ni povas certigi, ke ili estas plene ŝirmataj de ekstera interfero, tiam ni ne bezonas uzi fortan kupladon por atingi kontraŭ-enmiksiĝon. Kaj la celo subpremi EMI. Kiel ni povas certigi bonan izolitecon kaj ŝirmon de diferencaj spuroj? Pliigi la interspacon kun aliaj signalspuroj estas unu el la plej bazaj manieroj. La elektromagneta kampa energio malpliiĝas kun la kvadrato de la distanco. Ĝenerale, kiam la interspaco superas 4 fojojn la linilarĝon, la interfero inter ili estas ekstreme malforta. Povas esti ignorita. Krome, izolado de la teraviadilo ankaŭ povas ludi bonan ŝirman rolon. Ĉi tiu strukturo ofte estas uzata en altfrekvenca (super 10G) IC-pakaĵo PCB-dezajno. Ĝi estas nomita CPW-strukturo, kiu povas certigi striktan diferencialan impedancon. Kontrolo (2Z0), kiel montrite en Figuro 1-8-19.

Diferencaj spuroj ankaŭ povas funkcii en malsamaj signaltavoloj, sed ĉi tiu metodo estas ĝenerale ne rekomendita, ĉar la diferencoj en impedanco kaj vojoj produktitaj de malsamaj tavoloj detruos la efikon de diferenciga reĝima dissendo kaj enkondukos komunan reĝiman bruon. Krome, se la apudaj du tavoloj ne estas malloze kunligitaj, ĝi reduktos la kapablon de la diferenciala spuro por rezisti bruon, sed se vi povas konservi taŭgan distancon de la ĉirkaŭaj spuroj, interparolado ne estas problemo. Ĉe ĝeneralaj frekvencoj (sub GHz), EMI ne estos grava problemo. Eksperimentoj montris, ke la malfortiĝo de radiada energio je distanco de 500 mils de diferenciala spuro atingis 60 dB je distanco de 3 metroj, kio sufiĉas por plenumi la normon de elektromagneta radiado FCC, do La dezajnisto ankaŭ ne devas zorgi. multe pri la elektromagneta nekongruo kaŭzita de nesufiĉa diferenciga liniokuplado.

3. Serpentina linio

Serpenta linio estas speco de vojmetodo ofte uzata en Aranĝo. Ĝia ĉefa celo estas ĝustigi la prokraston por plenumi la postulojn de la sistema tempo-dezajno. La dezajnisto unue devas havi ĉi tiun komprenon: la serpenta linio detruos la signalkvaliton, ŝanĝos la transdonon prokrasto, kaj provos eviti uzi ĝin dum kablado. Tamen, en fakta dezajno, por certigi, ke la signalo havas sufiĉan tenan tempon, aŭ por redukti la tempan ofseton inter la sama grupo de signaloj, estas ofte necese intence bobeni la draton.

Do, kian efikon havas la serpenta linio sur signal-transsendo? Kion mi atentu dum kablado? La du plej kritikaj parametroj estas la paralela kunliga longo (Lp) kaj la kunliga distanco (S), kiel montrite en Figuro 1-8-21. Evidente, kiam la signalo estas elsendita sur la serpenta spuro, la paralelaj liniaj segmentoj estos kunligitaj en diferenciga reĝimo. Ju pli malgranda la S kaj des pli granda la Lp, des pli granda la grado de kuplado. Ĝi povas kaŭzi la malfruon de transdono reduktiĝi, kaj la kvalito de signalo estas tre reduktita pro interparolado. La mekanismo povas rilati al la analizo de komuna reĝimo kaj diferenciga reĝimo interparolado en Ĉapitro 3.

La sekvantaroj estas kelkaj sugestoj por Enpaĝigaj inĝenieroj kiam traktas serpentajn liniojn:

1. Provu pliigi la distancon (S) de paralelaj liniaj segmentoj, almenaŭ pli granda ol 3H, H rilatas al la distanco de la signalspuro al la referenca ebeno. Laŭ laiko, ĝi estas ĉirkaŭiri grandan kurbon. Tiel longe kiel S estas sufiĉe granda, la reciproka kunliga efiko povas esti preskaŭ tute evitita. 2. Redukti la kuplilongon Lp. Kiam la duobla Lp-prokrasto alproksimiĝas aŭ superas la signalan pliiĝotempon, la krucparolado generita atingos saturiĝon. 3. La malfruo de transdono de signalo kaŭzita de la serpentina linio de la Strip-Linio aŭ Enigita Mikro-strio estas malpli ol tiu de la Mikro-strio. En teorio, la striplinio ne influos la dissendrapidecon pro diferenciga reĝima interparolado. 4. Por altrapidaj signallinioj kaj tiuj kun striktaj tempopostuloj, provu ne uzi serpentajn liniojn, precipe en malgrandaj areoj. 5. Vi povas ofte uzi serpentajn spurojn en ajna angulo, kiel la C-strukturo en Figuro 1-8-20, kiu povas efike redukti reciprokan kuniĝon. 6. En altrapida PCB-dezajno, la serpentina linio ne havas la tiel nomatan filtradon aŭ kontraŭ-interferencan kapablon, kaj povas nur redukti la signalan kvaliton, do ĝi estas uzata nur por tempokongruo kaj ne havas alian celon. 7. Kelkfoje vi povas konsideri spiralan vojadon por volvaĵo. Simulado montras, ke ĝia efiko estas pli bona ol normala serpenta vojigo.