Diseinua laneko oinarrizko trebetasunetako bat da PCB diseinua ingeniaria. Kableen kalitateak zuzenean eragingo du sistema osoaren errendimenduan, diseinuaren abiadura handiko diseinuaren teoria gehienak azkenean gauzatu eta egiaztatu behar dira, beraz, kableak abiadura handiko PCB diseinuan funtsezkoak direla ikus daiteke. Jarraian ikusiko da kableatuak egoera batzuk aurki ditzakeela, haren arrazionaltasuna aztertzea eta bideratze estrategia optimizatuagoa ematea. Batez ere, angelu zuzeneko lerroa, desberdintasun lerroa, sugearen lerroa eta abar landu beharreko hiru alderdi.

1. Goiko laukizuzena

Angelu zuzeneko kablea beharrezkoa da normalean PCB kableatuen egoera ekiditeko, eta ia kableen kalitatea neurtzeko estandarretako bat bihurtu da, beraz, zenbateko eragina izango du angelu zuzeneko kableak seinalearen transmisioan? Printzipioz, angeluzuzeneko kableatuak transmisioaren linearen zabalera aldatuko du, eta inpedantziaren etena eragingo du. Izan ere, angelu zuzenaren lerroak, tonuko angeluak eta angelu lerro zorrotzak inpedantzia aldaketak eragin ditzakete.

Angelu zuzenaren lerrokadurak seinalean duen eragina batez ere hiru alderditan islatzen da: lehenik, izkina transmisio linearen karga kapazitiboaren baliokidea izan daiteke, igoera denbora motelduz; Bigarrenik, inpedantziaren etenaldiak seinalearen isla eragingo du; Hirugarrena, angelu eskuineko puntak sortutako EMIa.

Transmisio-lerroaren Angelu zuzenak eragindako kapazitate parasitoa honako formula enpirikoaren bidez kalkula daiteke:

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

Aurreko formulan, C izkinako kapazitate baliokideari dagokio (pF), W lerroaren zabalera (hazbetea), ε R euskarriaren konstante dielektrikoa eta Z0 transmisioaren inpedantzia bereizgarria da. lerroa. Adibidez, 4Mils 50 ohm-ko transmisio lineari dagokionez (εr 4.3), angelu zuzen baten kapazitatea 0.0101pF ingurukoa da, eta igoeraren denboraren aldakuntza kalkula daiteke:

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

Kalkuluaren arabera, angelu zuzeneko kableak eragindako kapazitantzia efektua oso txikia dela ikus daiteke.

Angelu zuzenaren lerroaren zabalera handitzen den neurrian, inpedantzia puntu horretan gutxitu egingo da, beraz, seinale islapen fenomeno jakin bat egongo da. Linea zabalera handitu ondoren inpedantzia baliokidea kalkula dezakegu transmisio lerroen atalean aipatutako inpedantzia kalkulurako formularen arabera, eta gero kalkula ezazu hausnarketa koefizientea formula enpirikoaren arabera: ρ = (Zs-Z0) / (Zs + Z0), angelu zuzeneko kableatze orokorra inpedantzia aldatzen da% 7-20% artean, beraz, islapen koefiziente maximoa 0.1 ingurukoa da. Gainera, beheko irudian ikus daitekeen moduan, transmisio-linearen inpedantzia W / 2 linearen luzera minimora aldatzen da eta, ondoren, W / 2 denbora igaro ondoren inpedantzia normala berreskuratzen da. Inpedantziaren aldaketa osoaren denbora oso laburra da, normalean 10ps-ko epean. Aldaketa azkar eta txiki hori ia arbuiagarria da seinale orokorreko transmisiorako.

Jende askok horrelako ulermena du angelu zuzeneko bideratzeari buruz, uste baitu punta erraza dela uhin elektromagnetikoak igortzea edo jasotzea eta EMI sortzea, hori bihurtu baita jende askok angelu zuzena bideratzea ezinezkoa dela. Hala ere, proba praktikoen emaitza askok erakusten dute angelu zuzenak ez duela zuzenki baino EMI handirik sortzen. Beharbada, uneko instrumentuaren errendimenduak eta probaren mailak probaren zehaztasuna mugatzen dute, baina, gutxienez, angelu zuzenaren erradiazioa tresnaren neurketa-errorea baino txikiagoa dela erakusten du. Oro har, angelu zuzenaren lerrokatzea ez da dirudien bezain ikaragarria. GHz baino gutxiagoko aplikazioetan behintzat, kapazitantzia, islapena, EMI eta abar bezalako efektuak ia ez dira TDR probetan islatzen. Abiadura handiko PCBen diseinu ingeniariak diseinua, energia / lurreko diseinua, kableatuen diseinua, zulaketa eta abar landu beharko lituzke. Nahiz eta, noski, angeluzuzeneko lerroaren ondorioak oso larriak ez izan, baina ez du esan nahi angelu zuzeneko lerroan ibil gaitezkeenik, xehetasunen arreta ezinbesteko kalitatea da ingeniari on guztientzat eta zirkuitu digitalen garapen bizkorrarekin. PCB seinaleen maiztasuna prozesatzen duten ingeniariek ere hobetzen jarraituko dute, 10 GHZ RF diseinu eremutik gora. Angelu zuzen txiki horiek abiadura handiko arazoen ardatz bihur daitezke.

2. Diferentzia

Seinale Diferentziala abiadura handiko zirkuituen diseinuan asko erabiltzen da. Zirkuitu bateko seinalerik garrantzitsuena seinale diferentzialaren diseinua da. Nola ziurtatu bere errendimendu ona PCB diseinuan? Bi galdera hauek kontuan hartuta, eztabaidaren hurrengo zatira pasatuko gara.

Zer da seinale diferentziala? Ingeles hutsean, gidariak bi seinale baliokide eta alderantzikatzaile bidaltzen ditu eta hartzaileak bi tentsioen arteko aldea alderatzen du egoera logikoa “0” edo “1” den jakiteko. Seinale diferentzialak daramatzaten hari bikoteak hari diferentzialak deitzen dira.

Seinale bakarreko bideratze arruntarekin alderatuta, seinale diferentzialak abantaila nabarmenenak ditu hiru alderdi hauetan:

A. Interferentziaren aurkako gaitasun handia, bi lerro diferentzialen arteko akoplamendua oso ona delako, zarata interferentziak daudenean, ia bi lineatara batera uztartzen baitira aldi berean, eta hargailuak bi seinaleen arteko aldea besterik ez du axola, beraz, kanpoko modu arrunteko zarata guztiz ezezta daiteke.

B. EMI eraginkor kendu dezake. Era berean, bi seinale kontrako polaritatea dutenez, haiek irradiatutako eremu elektromagnetikoak elkar baliogabetu dezake. Akoplamendua zenbat eta gertuago egon, orduan eta kanpoko mundura askatzen den energia elektromagnetiko gutxiago dago.

C. Denboraren posizionamendua zehatza da. Seinale diferentzialen kommutazio aldaketa bi seinaleen elkargunean kokatzen denez, atal bakarreko tentsio altuen eta baxuen arabera epaitzen diren muturreko seinale arruntak ez bezala, prozesuak eta tenperaturak ez dute hain eraginik, denboraren akatsak murriztu ditzake eta egokiagoa da. anplitude txikiko seinaleak dituzten zirkuituetarako. LVDS (tentsio baxuko diferentzialen seinaleztapena) anplitude txikiko seinale diferentzialeko teknologiari egiten dio erreferentzia.

PCB ingeniarientzat, kezkarik garrantzitsuena bideratze diferentzialaren abantaila horiek benetako bideratzean erabat erabil daitezela da. Beharbada, Layout-ekin harremanetan dagoen bitartean jendeak bideratze diferentzialaren eskakizun orokorrak ulertuko ditu, hau da, “luzera berdina, distantzia berdina”. Isometrikoa bi seinale diferentzialek polaritate kontrakoa mantentzen dutela ziurtatzeko da, modu arruntaren osagaia murrizteko; Isometrikoa inpedantzia diferentzial bera bermatzeko eta islapena murrizteko da batez ere. “Ahalik eta hurbilena” da batzuetan bideratze diferentzialaren baldintzetako bat. Baina arau horietako bat ere ez da mekanikoki aplikatzekoa, eta ingeniari askok ez omen dute ulertzen abiadura handiko seinaleztapen diferentzialaren izaera. Jarraian, PCBen seinale diferentzialen diseinuan ohiko akatsak jorratzen dira.

1 ideia okerra: seinale diferentzialek ez dute lurreko planoa behar atzerabiderako bide gisa, edo uste dute lerro diferentzialek atzerako fluxuaren bidea ematen dutela. Gaizki ulertu horren zergatia azaleko fenomenoak nahastu egiten du edo abiadura handiko seinalea transmititzeko mekanismoa ez da nahikoa sakona. FIG. Hartzaile muturreko egituratik ikus daitekeen moduan. 1-8-15ean, Q3 eta Q4 transistoreen igorle korronteak baliokideak eta kontrakoak dira, eta bilgunean duten korronteak elkarren arteko ezeztapenak zehazki (I1 = 0) dira. Hori dela eta, zirkuitu diferentziala ez da sentikorra lurreko proiekzio antzekoekin eta elikatze-iturrian eta lurreko planoan egon daitezkeen beste zarata seinale batzuekin. Lurreko planoaren atzera-isurketa partzialak ez du esan nahi zirkuitu diferentzialak erreferentziako planoa seinalea itzultzeko bide gisa hartzen ez duenik. Izan ere, seinaleen atzera-fluxuaren analisian, bideratze diferentzialaren mekanismoa muturreko bideratze arruntaren berdina da, hau da, altua

Maiztasun seinalea zirkuituan zehar doa beti induktantzia txikienarekin. Desberdintasunik handiena lerroak lurrarekin lotura izateaz gain, elkarren arteko akoplamendua izatea da. Akoplamendu sendoa atzeraeragineko bide nagusia bihurtzen da.

PCB zirkuituen diseinuan, kableatu diferentzialaren arteko akoplamendua txikia izaten da, normalean akoplamendu-mailaren% 10 ~ 20 baino ez da izaten, eta akoplamendu gehiena lurrean dago, beraz, kableatu diferentzialaren atzera-jario bide nagusia lurrean dago oraindik. hegazkina. Plan lokalean etenik egonez gero, ibilbide diferentzialen arteko akoplamenduak erreferentzia planik gabeko eskualdean atzera-isurketa bide nagusia ematen du, FIG. 1-8-17. Erreferentzia planoaren etenaldiak kableatze diferentzialean izandako eragina muturreko kableatze arruntena bezain larria ez bada ere, seinale diferentzialaren kalitatea murriztu eta EMI handituko du, ahal den neurrian ekidin beharko litzatekeena. Zenbait diseinatzailek uste dute transmisio diferentzialaren linearen erreferentzia planoa kendu daitekeela transmisio diferentzialean modu arrunteko seinalearen zati bat kentzeko, baina teorikoki ez da desiragarria ikuspegi hori. Nola kontrolatu inpedantzia? Modu arrunteko seinaleari lurreko inpedantzia begizta eman gabe, EMI erradiazioa sortuko da, eta horrek kalte baino gehiago egiten du onura baino.

2. mitoa: tarte berdina mantentzea garrantzitsuagoa da lerroaren luzera parekatzea baino. Benetako PCB kableatuan, askotan ezin da diseinu diferentzialaren baldintzak bete. Pin, zulo eta kableen espazioa eta beste faktore batzuen banaketa dela eta, beharrezkoa da lerroaren luzera bateratze egokia lortzea haizaketa egokiaren bidez, baina emaitza ezinbestean aldearen bikotearen zati bat ezin da paraleloa izan, une honetan, nola aukeratu? Ondorioetara jauzi egin aurretik, ikus ditzagun simulazioaren emaitza hauek. Aurreko simulazio emaitzetatik ikus daiteke 1. eskemako eta 2. eskemako uhin formak ia bat datozela, hau da, tarte desorekatuaren eragina txikia dela eta lerro luzera desegokiaren eragina askoz ere handiagoa dela denborazko sekuentzian (3. eskema) . Analisi teorikoaren ikuspegitik, tartekatze koherenteak aldearen inpedantzia aldaketak ekarriko dituen arren, diferentzia bikotearen arteko akoplamendua bera ere esanguratsua ez denez, inpedantzia aldaketen tartea ere oso txikia da, normalean% 10aren barruan, baliokidea soilik. zulo batek eragindako isla bati, seinalearen transmisioan eragin handirik eragingo ez duena. Lerroaren luzera bat ez datorrenean, denbora-sekuentzia konpentsatzeaz gain, modu arrunteko osagaiak sartzen dira seinale diferentzialean, eta horrek seinalearen kalitatea murrizten du eta EMI handitzen du.

Esan daiteke PCBaren kableatu diferentzialen diseinuan arau garrantzitsuena linearen luzerarekin bat etortzea dela, eta beste arau batzuk malgutasunez maneiatu daitezkeela diseinuaren eskakizunen eta aplikazio praktikoen arabera.

Hiru okerreko kontzepzioa: pentsa ezberdintasun lerroak oso hurbilean oinarritu behar duela. Diferentzia lerroak elkarren ondoan mantentzea puntua beraien akoplamendua handitzea baino ez da, bai zaratarekiko immunitatea hobetzeko, bai eremu magnetikoaren kontrako polaritateaz baliatzea kanpoko munduko interferentzia elektromagnetikoak bertan behera uzteko. Ikuspegi hau kasu gehienetan oso ona bada ere, ez da erabatekoa. Kanpoko interferentzietatik guztiz babestuta badaude, orduan ez dugu interferentziaren aurkako eta EMI kentzeko xedea lortu behar elkarren arteko lotura sendoaren bidez. Nola ziurtatu bideratze diferentzialak isolamendu eta blindaje ona duela? Lineak eta beste seinale batzuen arteko distantzia handitzea da oinarrizko moduetako bat. Eremu elektromagnetikoaren energia gutxitzen da distantziaren erlazio karratuarekin. Orokorrean, lerroen arteko distantzia lerroaren zabaleraren 4 aldiz baino handiagoa denean, haien arteko interferentzia oso ahula da eta funtsean ez ikusi egin daiteke. Gainera, lurreko planoan isolatzeak babes efektu ona ere eman dezake. Egitura hau maiztasun handiko (10G-tik gorakoa) IC ontziratutako PCB diseinuetan erabiltzen da, CPW egitura izenarekin ezagutzen dena, inpedantzia kontrol diferentzial zorrotza (2Z0) ziurtatzeko, FIG. 1-8-19.

Bideratze diferentziala seinale-geruza desberdinetan ere egin daiteke, baina, oro har, ez da gomendagarria, inpedantzia eta geruza desberdinetako zuloen bidez desberdintasunak modu diferentzialaren transmisio efektua suntsitu eta modu arrunteko zarata sor dezaketelako. Gainera, ondoko bi geruzak estu lotuta ez badaude, bideratze diferentzialak zaratari aurre egiteko duen gaitasuna murriztu egingo da, baina elkarrizketa-tartea ez da arazoa inguruko biderapenarekin tarte egokia mantentzen bada. Maiztasun orokorrean (GHz azpitik), EMI ez da arazo larria izango. Esperimentuen arabera, 500 metro baino gehiagoko 3Mil-eko distantzia duten lerro diferentzialen erradiazio energiaren atenuazioa 60dB-ra iritsi da, eta hori nahikoa da FCC-ren erradiazio ELEKTROMAGNETIKOA betetzeko. Hori dela eta, diseinatzaileek ez dute gehiegi kezkatu behar lerro diferentzialen akoplamendu nahikorrek eragindako bateraezintasun elektromagnetikoarekin.

3. suge

Linea suge bat erabili ohi da Layout-ean. Bere helburu nagusia denbora-atzerapena doitzea eta sistemaren denboraren diseinuaren eskakizunak betetzea da. Diseinatzaileek lehenik eta behin ulertu beharko lukete serpentinazko hariak seinalearen kalitatea suntsituko duela, transmisioaren atzerapena aldatuko duela eta kableatzerakoan saihestu beharko liratekeela. Hala ere, diseinu praktikoan, seinaleen atxikitze denbora nahikoa bermatzeko edo seinale talde beraren arteko denbora konpentsazioa murrizteko, nahita egin behar da bobinaketa.

Zer egiten du serpentinak transmisioa seinalatzeko? Zeri erreparatu behar diot lerroan ibiltzean? Bi parametro kritikoenak akoplamendu paraleloaren luzera (Lp) eta akoplamendu distantzia (S) dira, FIG. 1-8-21. Bistan denez, seinalea serpentinazko lerroan igortzen denean, linea paraleloen segmentuen arteko akoplamendua egongo da diferentzia moduan. Zenbat eta S txikiagoa izan, orduan eta Lp handiagoa da eta orduan eta handiagoa izango da akoplamendu maila. Horrek transmisioaren atzerapenak murriztea eta seinalearen kalitatea nabarmen murriztea eragin dezake, hitz gurutzatuaren eraginez, 3. kapituluan modu arruntaren eta modu diferentzialaren gurutzegrama aztertzeko deskribatu den moduan.

Hona hemen Layout ingeniariek serpentinei aurre egiteko aholku batzuk:

1. Saiatu zuzen paraleloaren segmentuaren distantzia (S) handitzen, hau da, gutxienez 3H baino handiagoa. H seinalearen marratik erreferentziako planoarekiko distantziari dagokio. Orokorrean, kurba handia hartzea da. S nahikoa handia den bitartean, akoplatze efektua ia guztiz ekidin daiteke.

2. Lp akoplamenduen luzera murrizten denean, sortutako gurutzekadak saturaziora iritsiko da Lp-ren atzerapena bi aldiz hurbiltzen denean edo seinalea igotzeko denbora gainditzen duenean.

3. Suge-itxurako lerro-lerroak edo txertatutako mikro-bandak eragindako seinalea igortzeko atzerapena mikro-zerrendakoa baino txikiagoa da. Teorian, zinta-lerroak ez du transmisio-abiaduran eragiten, modu diferentzialaren arteko hitzaldia delako.

4. Abiadura handiko eta seinaleztapen lineari dagokionez, denboran baldintza zorrotzak dituztenak, saiatu serpentina lineak ez ibiltzen, batez ere eremu txikian.

5. Edozein angelutan suge-bideraketa maiz har daiteke. Irudiko C egitura. 1-8-20 elkarren arteko akoplamendua modu eraginkorrean murriztu dezake.

6. Abiadura handiko PCBen diseinuan, serpentinak ez du iragazteko edo interferentzien aurkako gaitasuna deritzonik, eta seinalearen kalitatea soilik murriztu dezake, beraz, denborazko bat etortzeko eta beste helburuetarako ez da erabiltzen.

7. Batzuetan kiribil kiribila har daiteke. Simulazioak erakusten du bere efektua sugezko bihurri normala baino hobea dela.