با افزایش سرعت سوئیچینگ خروجی مدار مجتمع و برد PCB 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. سرعت بالای سیگنال در PCB ، قرار دادن نادرست قطعات پایانی یا سیم کشی نادرست سیگنال های با سرعت بالا می تواند مشکلات یکپارچگی سیگنال را ایجاد کند ، که ممکن است باعث خروج اطلاعات نادرست از سیستم شود ، مدار به طور نامناسب کار کند یا اصلاً کار نکند. How to take signal integrity into full consideration and take effective control measures in PCB design has become a hot topic in PCB design industry.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. برعکس ، هنگامی که سیگنال به درستی پاسخ نمی دهد ، مشکل یکپارچگی سیگنال وجود دارد. Signal integrity problems can lead to or directly lead to signal distortion, timing errors, incorrect data, address and control lines, and system misoperation, or even system crash. در فرآیند طراحی PCB، مردم قوانین طراحی PCB زیادی را جمع آوری کرده اند. In PCB design, the signal integrity of PCB can be better achieved by carefully referring to these design rules.

When designing PCB, we should first understand the design information of the whole circuit board, which mainly includes:

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. نوع خط سیگنال، سرعت و جهت انتقال، الزامات کنترل امپدانس خط سیگنال، جهت سرعت اتوبوس و وضعیت رانندگی، سیگنال های کلیدی و اقدامات حفاظتی.

4. نوع منبع تغذیه ، نوع زمین ، الزامات تحمل صدا برای منبع تغذیه و زمین ، تنظیم و تقسیم بندی منبع تغذیه و سطح زمین.

5. انواع و نرخ خطوط ساعت، منبع و جهت خطوط ساعت، الزامات تاخیر ساعت، نیازهای طولانی ترین خط.

طراحی لایه ای PCB

پس از درک اطلاعات اولیه برد مدار، لازم است الزامات طراحی هزینه برد مدار و یکپارچگی سیگنال سنجیده شود و تعداد معقولی از لایه های سیم کشی انتخاب شود. 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. صفحه مرجع ترجیحاً باید سطح زمین باشد. Both power supply and ground plane can be used as reference plane, and both have certain shielding function. با این حال، اثر محافظ صفحه منبع تغذیه به دلیل امپدانس مشخصه بالاتر و اختلاف پتانسیل بیشتر بین صفحه منبع تغذیه و سطح زمین مرجع، بسیار کمتر از صفحه زمین است.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. در جایی که هزینه های طراحی اجازه می دهد، بهتر است مدارهای دیجیتال و آنالوگ را روی لایه های جداگانه مرتب کنید. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. برق و زمین آنالوگ و دیجیتال باید از هم جدا شوند، هرگز با هم مخلوط نشوند.

3. مسیریابی سیگنال کلید لایه های مجاور از ناحیه تقسیم بندی عبور نمی کند. Signals will form a large signal loop across the region and generate strong radiation. 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. باید یک صفحه زمین نسبتا کامل در زیر سطح جزء وجود داشته باشد. یکپارچگی صفحه زمین باید تا آنجا که ممکن است برای صفحه چند لایه حفظ شود. به طور معمول هیچ خط سیگنالی مجاز به اجرا در صفحه زمین نیست.

5، فرکانس بالا، سرعت بالا، ساعت و سایر خطوط سیگنال کلیدی باید صفحه زمین مجاور داشته باشند. 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

کلید طراحی یکپارچگی سیگنال برد چاپی چیدمان و سیم کشی است که ارتباط مستقیمی با عملکرد PCB دارد. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. اگر PCB بیش از حد بزرگ و پراکنده باشد، خط انتقال ممکن است بسیار طولانی باشد که منجر به افزایش امپدانس، کاهش مقاومت در برابر نویز و افزایش هزینه می شود. If the components are placed together, heat dissipation is poor, and coupling crosstalk may occur in adjacent wiring. بنابراین، چیدمان باید بر اساس واحدهای عملکردی مدار، ضمن در نظر گرفتن سازگاری الکترومغناطیسی، اتلاف گرما و عوامل رابط انجام شود.

When laying out a PCB with mixed digital and analog signals, do not mix digital and analog signals. اگر سیگنال های آنالوگ و دیجیتال باید مخلوط شوند، حتماً به صورت عمودی خط بکشید تا اثر کوپلینگ متقاطع کاهش یابد. مدار دیجیتال، مدار آنالوگ و مدار تولید نویز روی برد مدار باید از هم جدا شوند و مدار حساس ابتدا مسیریابی شود و مسیر کوپلینگ بین مدارها حذف شود. به طور خاص، خطوط ساعت، تنظیم مجدد و قطع را در نظر بگیرید، این خطوط را با خطوط سوئیچ جریان بالا موازی نکنید، در غیر این صورت به راحتی توسط سیگنال های جفت الکترومغناطیسی آسیب می بینند و باعث تنظیم مجدد یا وقفه غیرمنتظره می شوند. The overall layout should follow the following principles:

1. طرح پارتیشن عملکردی، مدار آنالوگ و مدار دیجیتال روی PCB باید طرح فضایی متفاوتی داشته باشد.

2. با توجه به روند سیگنال مدار به ترتیب واحدهای مدار عملکردی، به طوری که جریان سیگنال برای حفظ همان جهت.

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. Easily disturbed components should not be too close to each other, input and output components should be far away.

How to design the signal of integrity PCB

طراحی سیم کشی مدار چاپی

تمام خطوط سیگنال باید قبل از سیم کشی PCB طبقه بندی شوند. 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. کابل های سیگنال در لایه های مختلف باید به صورت عمودی به یکدیگر هدایت شوند تا تداخل را کاهش دهند. ترتیب خطوط سیگنال به بهترین وجه بر اساس جهت جریان سیگنال تنظیم می شود. خط سیگنال خروجی مدار نباید به ناحیه خط سیگنال ورودی بازگردد. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. در صفحه دوتایی، در صورت لزوم، سیم زمین ایزوله را می توان در دو طرف خط سیگنال پرسرعت اضافه کرد. تمام خطوط ساعت با سرعت بالا در صفحه چند لایه باید با توجه به طول خطوط ساعت محافظت شوند.

اصول کلی برای سیم کشی عبارتند از:

1. تا آنجا که ممکن است برای انتخاب سیم کشی کم چگالی طراحی، و سیم کشی سیگنال تا آنجا که ممکن است ضخامت سازگار، منجر به تطبیق امپدانس. برای مدار rf، طراحی غیر منطقی جهت، عرض و فاصله خطوط سیگنال ممکن است باعث تداخل متقاطع بین خطوط انتقال سیگنال شود.

2. تا آنجا که ممکن است از سیم های ورودی و خروجی مجاور و سیم کشی موازی در فواصل دور خودداری کنید. برای کاهش تداخل خطوط سیگنال موازی، می توان فاصله بین خطوط سیگنال را افزایش داد یا تسمه های جداسازی را می توان بین خطوط سیگنال قرار داد.

3. عرض خط روی PCB باید یکنواخت باشد و هیچ جهشی در عرض خط رخ ندهد. خم سیم مدار مدار چاپی نباید از گوشه 90 درجه استفاده کند، باید از قوس یا زاویه 135 درجه استفاده شود، تا آنجا که ممکن است برای حفظ تداوم امپدانس خط.

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. تا حد امکان کاهش طول سیم ، افزایش عرض سیم ، باعث کاهش امپدانس سیم می شود.

6. برای سیگنال های کنترل سوئیچ، تعداد سیم کشی های PCB SIGNAL که حالت را همزمان تغییر می دهند باید تا حد امکان کاهش یابد.