Paigutus on üks põhilisemaid tööoskusi PCB disain insener. Juhtmete kvaliteet mõjutab otseselt kogu süsteemi toimivust, suurem osa kiirkonstruktsioonide teooriast peab Layout lõpuks realiseerima ja kontrollima, seega on näha, et juhtmestik on kiire PCB projekteerimisel ülioluline. Järgnevalt vaadeldakse tegelikku juhtmestikku, mis võib ette tulla teatud olukordades, analüüsida selle ratsionaalsust ja anda mõningaid optimeeritud marsruutimisstrateegiaid. Peamiselt parempoolsest nurgajoonest, erinevuste joonest, madu joonest ja nii edasi kolmest aspektist.

1. Ristkülikukujuline joon

PCB juhtmestiku olukorra vältimiseks on üldiselt vaja täisnurgaga juhtmestikku ja see on peaaegu saanud üheks juhtmestiku kvaliteedi mõõtmise standardiks, nii et kui palju mõjutab täisnurga juhtmestik signaali edastamist? Põhimõtteliselt muudab täisnurgaga juhtmestik ülekandeliini liini laiust, mille tulemuseks on takistuse katkemine. Tegelikult võivad impedantsi muutusi põhjustada mitte ainult täisnurga joon, tonn nurk, terav nurgajoon.

Täisnurga joondamise mõju signaalile avaldub peamiselt kolmes aspektis: esiteks võib nurk olla samaväärne ülekandeliini mahtuvusliku koormusega, aeglustades tõusu aega; Teiseks, impedantsi katkemine põhjustab signaali peegeldumist; Kolmandaks, õige nurgaotsaga genereeritud EMI.

Ülekandeliini täisnurga põhjustatud parasiitmahtuvust saab arvutada järgmise empiirilise valemi abil:

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

Ülaltoodud valemis tähistab C nurga ekvivalentset mahtuvust (pF), W tähistab joone laiust (tolli), ε R tähistab kandja dielektrilist konstanti ja Z0 on ülekande iseloomulik takistus rida. Näiteks 4Mils 50 oomi ülekandeliini (εr 4.3) korral on täisnurga mahtuvus umbes 0.0101 pF ja tõusu aja variatsiooni saab hinnata:

T10-90%= 2.2* C* z0/2 = 2.2* 0.0101* 50/2 = 0.556 sekundit

Arvutustest on näha, et täisnurkse juhtmestiku poolt tekitatud mahtuvusefekt on äärmiselt väike.

Täisnurkse joone laiuse kasvades impedants selles punktis väheneb, seega tekib teatud signaali peegeldusnähtus. Võime arvutada ekvivalentse impedantsi pärast liini laiuse suurenemist vastavalt ülekandeliinide jaotises mainitud impedantsi arvutamise valemile ja seejärel arvutada peegeldustegur vastavalt empiirilisele valemile: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), üldine täisnurga juhtmestik, mille tulemuseks on impedantsi muutused vahemikus 7%-20%, seega on maksimaalne peegeldustegur umbes 0.1. Lisaks, nagu on näha allolevalt jooniselt, muutub ülekandeliini impedants W/2 liini piires minimaalseks ja taastab seejärel normaalse impedantsi pärast W/2 aega. Kogu impedantsi muutmise aeg on väga lühike, tavaliselt 10 sekundi jooksul. Selline kiire ja väike muutus on üldise signaali edastamise jaoks peaaegu tühine.

Paljudel inimestel on selline arusaam täisnurga marsruutimisest, uskudes, et otsa on lihtne kiirgata või vastu võtta elektromagnetlaineid ja tekitada EMI, mis on saanud üheks põhjuseks, miks paljud arvavad, et täisnurga marsruutimine pole võimalik. Paljud praktilised testitulemused näitavad aga, et täisnurga joon ei tekita palju EMI-d kui sirgjoon. Võib-olla piirab instrumendi praegune jõudlus ja testitase katse täpsust, kuid vähemalt näitab see, et täisnurga joone kiirgus on väiksem kui seadme enda mõõtmisviga. Üldiselt ei ole täisnurga joondamine nii kohutav, kui see võib tunduda. Vähemalt alla GHz rakendustes ei kajastu TDR -testides peaaegu üldse sellised efektid nagu mahtuvus, peegeldus, EMI jne. Kiirete trükkplaatide projekteerimisinsener peaks keskenduma paigutusele, toite/maapinna kujundusele, juhtmestiku kujundusele, perforatsioonile jne. Kuigi loomulikult ei ole ristkülikukujulise joone mõju väga tõsine, kuid see ei tähenda, et suudame kõndida täisnurga all, on detailidele tähelepanu pööramine iga hea inseneri jaoks hädavajalik ja digitaalsete vooluahelate kiire arenguga , PCB inseneride signaali sageduse töötlemine paraneb jätkuvalt, kuni 10 GHZ RF projekteerimisvälja, Need väikesed täisnurgad võivad muutuda kiirete probleemide keskpunktiks.

2. Erinevus

DifferenTIal Signalit kasutatakse laialdaselt kiire vooluahela projekteerimisel. Ahela kõige olulisem signaal on DifferenTIal Signal disain. Kuidas tagada selle hea jõudlus PCB kujunduses? Neid kahte küsimust silmas pidades liigume oma arutelu järgmise osa juurde.

Mis on diferentsiaalne signaal? Lihtsas inglise keeles saadab juht kaks samaväärset ja pööravat signaali ning vastuvõtja võrdleb kahe pinge erinevust, et teha kindlaks, kas loogiline olek on “0” või “1”. Diferentsiaalsignaale kandvaid juhtmepaare nimetatakse diferentsiaaljuhtmeteks.

Võrreldes tavalise ühepoolse signaali marsruutimisega on diferentsiaalsignaalil kõige ilmsemad eelised järgmistes kolmes aspektis:

A. Tugev häiretevastane võime, kuna kahe diferentsiaalliini ühendamine on väga hea, mürahäirete korral on need peaaegu ühendatud kahe liiniga korraga ja vastuvõtja hoolib ainult kahe signaali erinevusest, seega saab välise ühisrežiimi müra täielikult tühistada.

B. See võib tõhusalt pärssida EMI. Sarnaselt, kuna kaks signaali on vastupidise polaarsusega, võib nende poolt kiirguv elektromagnetväli üksteist tühistada. Mida lähemal on haakeseade, seda vähem eraldub välismaailma elektromagnetilist energiat.

C. Ajastuse positsioneerimine on täpne. Kuna diferentsiaalsignaalide lülitusmuutus asub kahe signaali ristumiskohas, erinevalt tavalistest ühepoolsetest signaalidest, mida hinnatakse kõrge ja madala lävepinge järgi, ei mõjuta seda protsess ja temperatuur vähem, mis võib vähendada ajastamisvigu ja on sobivam madala amplituudiga signaalidega ahelate jaoks. LVDS (madalpingeerinev signaalimine) viitab sellele väikese amplituudiga diferentsiaalsignaali tehnoloogiale.

PCB inseneride jaoks on kõige olulisem mure selle üle, kuidas tagada, et neid diferentseeritud marsruutimise eeliseid saaks tegelikus marsruutimises täielikult ära kasutada. Võib -olla mõistavad inimesed paigutusega kokku puutudes diferentseeritud marsruutimise üldnõudeid, st „võrdne pikkus, võrdne kaugus”. Isomeetriline on tagada, et kaks diferentsiaalsignaali säilitavad alati vastupidise polaarsuse, vähendavad ühisrežiimi komponenti; Isomeetriline eesmärk on peamiselt tagada sama diferentsiaaltakistus, vähendada peegeldust. “Võimalikult lähedal” on mõnikord üks diferentsiaalse marsruutimise nõudeid. Kuid ükski neist reeglitest ei ole mõeldud mehaaniliseks rakendamiseks ja tundub, et paljud insenerid ei mõista kiire diferentsiaalse signaalimise olemust. Järgnevalt keskendutakse mitmele levinud veale PCB diferentsiaalsignaali kujundamisel.

Väärarusaam 1: diferentsiaalsignaalid ei vaja tagasivoolu teena maatasapinda või arvavad, et diferentsiaalliinid tagavad üksteisele tagasivoolu. Selle vääritimõistmise põhjus on pinna nähtus segaduses või kiire signaali edastamise mehhanism pole piisavalt sügav. Nagu on näha joonisel fig. 1-8-15 on transistoride Q3 ja Q4 emitterivoolud samaväärsed ja vastupidised ning nende vool ristmikul tühistab üksteise täpselt (I1 = 0). Seetõttu on diferentsiaalahel tundlik sarnaste maandusprojektorite ja muude mürasignaalide suhtes, mis võivad toiteallikas ja maandustasandil esineda. Maapealse tasapinna osaline tagasivoolu tühistamine ei tähenda, et diferentsiaalahel ei võta võrdlustasandit signaali tagasiteeks. Tegelikult on signaali tagasivoolu analüüsis diferentsiaalse marsruutimise mehhanism sama, mis tavalisel ühe otsa marsruutimisel, nimelt kõrge

Sagedussignaal voolab alati tagasi mööda vooluahelat väikseima induktiivsusega. Suurim erinevus seisneb selles, et erinevusjoonel pole mitte ainult haakeseadist maapinnaga, vaid ka sidet üksteise vahel. Tugevast haakeseadisest saab peamine tagasivoolu tee.

PCB -ahela konstruktsioonis on diferentsiaaljuhtmete vaheline ühendus tavaliselt väike, moodustades tavaliselt ainult 10-20% haakeseadise astmest ja suurem osa haakeseadisest on maapinnaga, seega on diferentsiaaljuhtmete peamine tagasivoolu tee endiselt maas lennuk. Kohaliku tasapinna katkemise korral tagab diferentsiaalteede ühendamine peamise tagasivoolu tee piirkonnas, millel puudub võrdlustasand, nagu on näidatud joonisel fig. 1-8-17. Kuigi võrdlustasandi katkemise mõju diferentsiaaljuhtmetele ei ole nii tõsine kui tavalisel üheotstarbelisel juhtmestikul, vähendab see siiski diferentsiaalsignaali kvaliteeti ja suurendab EMI-d, mida tuleks võimaluste piires vältida. Mõned disainerid usuvad, et diferentsiaalülekande liini võrdlustasapinda saab eemaldada, et summutada osa ühisrežiimi signaalist diferentsiaalülekandes, kuid teoreetiliselt pole see lähenemine soovitav. Kuidas kontrollida impedantsi? Ilma ühisrežiimi signaalile maapealse impedantsi ahelat pakkumata, põhjustab see kindlasti EMI kiirgust, mis teeb rohkem kahju kui kasu.

2. müüt: võrdse vahekauguse säilitamine on olulisem kui rea pikkuse sobitamine. Tegelikus PCB juhtmestikus ei suuda see sageli täita diferentsiaalse disaini nõudeid. Tihvtide, aukude ja juhtmestiku jaotuse ning muude tegurite tõttu on vaja saavutada joone pikkuse sobitamise eesmärk sobiva mähise abil, kuid tulemus on paratamatult osa erinevuspaarist, mis ei saa praegu olla paralleelne. valida? Enne järelduste tegemist vaatame järgmisi simulatsioonitulemusi. Ülaltoodud simulatsioonitulemustest on näha, et skeemi 1 ja skeemi 2 lainekujud langevad peaaegu kokku, see tähendab, et ebavõrdse vahekauguse mõju on minimaalne ja rea ​​pikkuse mittevastavuse mõju ajastusjärjestusele on palju suurem (skeem 3) . Teoreetilise analüüsi seisukohast, kuigi ebajärjekindel vahekaugus toob kaasa erinevuse impedantsi muutused, kuid kuna erinevuspaari enda seos ei ole märkimisväärne, on ka impedantsimuutuste vahemik väga väike, tavaliselt 10%piires, ainult samaväärne auku põhjustatud peegeldusele, mis ei mõjuta märkimisväärselt signaali edastamist. Kui liini pikkus on sobimatu, sisestatakse diferentsiaalsignaali lisaks ajajada nihkele ühisrežiimi komponendid, mis vähendab signaali kvaliteeti ja suurendab EMI -d.

Võib öelda, et PCB diferentsiaaljuhtmete projekteerimise kõige olulisem reegel on joone pikkuse sobitamine ning muid reegleid saab paindlikult käsitseda vastavalt projekteerimisnõuetele ja praktilistele rakendustele.

Väärarusaam kolm: arvan, et erinevuse joon peab tuginema väga lähedasele. Erinevusjoonte läheduses hoidmine ei tähenda muud, kui nende sidumise suurendamist, nii mürakindluse parandamiseks kui ka magnetvälja vastupidise polaarsuse ärakasutamiseks, et välistada välismaailma elektromagnetilised häired. Kuigi see lähenemine on enamikul juhtudel väga soodne, pole see absoluutne. Kui neid saab väliste häirete eest täielikult kaitsta, ei pea me enam üksteisega tugeva sidumise kaudu saavutama häiretevastase ja EMI mahasurumise eesmärki. Kuidas tagada diferentseeritud marsruutimise hea isolatsioon ja varjestus? Liinide ja muude signaalide vahelise kauguse suurendamine on üks põhilisemaid viise. Elektromagnetvälja energia väheneb kauguse ruudu suhtega. Üldiselt, kui joonte vaheline kaugus on üle 4 korra joone laius, on nendevaheline interferents äärmiselt nõrk ja seda võib põhimõtteliselt ignoreerida. Lisaks võib isoleerimine läbi maatasandi anda ka hea varjestusefekti. Seda struktuuri kasutatakse sageli kõrgsageduslike (üle 10G) IC-pakendiga PCB-konstruktsioonides, mida nimetatakse CPW-struktuuriks, et tagada range diferentsiaaltakistuse juhtimine (2Z0); 1-8-19.

Diferentsiaalset marsruutimist saab läbi viia ka erinevates signaalikihtides, kuid seda üldiselt ei soovitata, kuna erinevused, nagu takistus ja eri kihtide läbivad augud, võivad diferentsiaalrežiimi edastamisefekti hävitada ja levitada ühisrežiimi müra. Lisaks, kui kaks kõrvuti asetsevat kihti ei ole tihedalt ühendatud, väheneb diferentsiaalse marsruudi müra vastupanuvõime, kuid ülejooksmine pole probleem, kui ümbritseva marsruudiga säilitatakse õige vahekaugus. Üldsagedusel (alla GHz) ei ole EMI tõsine probleem. Katsed näitavad, et diferentsiaaljoonte kiirgusenergia sumbumine, mille vahemaa on 500Mils üle 3 meetri, on jõudnud 60 dB, mis on piisav FCC ELECTROMAGNETIC kiirgusstandardi täitmiseks. Seetõttu ei pea disainerid liiga palju muretsema diferentsiaalliinide ebapiisava ühendamise põhjustatud elektromagnetilise ühildumatuse pärast.

3. siugjas

Paigutuses kasutatakse sageli serpentiinijoont. Selle peamine eesmärk on viivituse reguleerimine ja süsteemi ajastusprojekti nõuete täitmine. Disainerid peaksid kõigepealt mõistma, et serpentiintraat rikub signaali kvaliteeti, muudab edastamise viivitust ja seda tuleks juhtmestiku kasutamisel vältida. Praktilises konstruktsioonis tuleb aga signaalide piisava hoiuaja tagamiseks või sama signaalirühma vahelise ajanihe vähendamiseks teha meelega mähis.

Mida teeb serpentiin signaali edastamiseks? Millele peaksin joonel kõndides tähelepanu pöörama? Kaks kõige kriitilisemat parameetrit on paralleelühenduse pikkus (Lp) ja haakeseadise kaugus (S), nagu on näidatud joonisel fig. 1-8-21. Ilmselgelt toimub signaali edastamisel serpentiiniliinis paralleelsete joonelõikude vahel ühendus eri režiimis. Mida väiksem on S, seda suurem on Lp ja seda suurem on sidumisaste. Selle tulemuseks võib olla ülekande viivituste vähenemine ja signaali kvaliteedi märkimisväärne halvenemine läbilõike tõttu, nagu on kirjeldatud 3. peatükis ühisrežiimi ja diferentsiaalrežiimi ülekuulamise analüüsimiseks.

Siin on mõned näpunäited paigutuse inseneridele serpentiinidega tegelemisel:

1. Proovige suurendada paralleeljoone segmendi kaugust (S), mis on vähemalt suurem kui 3H. H tähistab kaugust signaaljoonest võrdlustasapinnani. Üldiselt tuleb võtta suur kõver. Kuni S on piisavalt suur, saab haakeseadise efekti peaaegu täielikult vältida.

2. Kui haakeseadise pikkust Lp vähendatakse, saavutab tekitatud läbilõige küllastuse, kui Lp viivitus läheneb või ületab signaali tõusuaja kaks korda.

3. Ussilaadse ribajoone või sisseehitatud mikroliba rida põhjustatud signaali edastamise viivitus on väiksem kui mikroribal. Teoreetiliselt ei mõjuta lindi joon edastuskiirust diferentsiaalrežiimi ülejooksu tõttu.

4. Kiirete ja signaaliliinide puhul, millel on ranged ajastusnõuded, proovige mitte käia serpentiiniliinidel, eriti väikesel alal.

5. Serpentiini marsruutimist mis tahes nurga all saab sageli kasutada. C struktuur joonisel fig. 1-8-20 võib tõhusalt vähendada üksteise vahelist sidet.

6. Kiire PCB-disaini puhul ei ole serpentiinil nn filtreerimis- ega häiretevastast võimet ning see võib ainult vähendada signaali kvaliteeti, seega kasutatakse seda ainult ajastus ja mitte mingil muul otstarbel.

7. Mõnikord võib kaaluda spiraalset mähistamist. Simulatsioon näitab, et selle toime on parem kui tavaline serpentiinimähis.