Layout is ien fan de meast basale baan feardichheden foar PCB design yngenieurs. De kwaliteit fan ‘e wiring sil direkt beynfloedzje de prestaasjes fan it hiele systeem. De measte teoryen foar ûntwerp mei hege snelheid moatte úteinlik wurde ymplementearre en ferifiearre fia Layout. It kin sjoen wurde dat wiring tige wichtich is yn hege snelheid PCB ûntwerpe. It folgjende sil analysearje de rasjonaliteit fan guon situaasjes dy’t meie wurde tsjinkaam yn werklike wiring, en jouwe wat mear optimalisearre routing strategyen.

It wurdt benammen ferklearre út trije aspekten: rjochthoekige bedrading, differinsjaalbedrading, en serpentinebedrading.

1. Rjochthoekige routing

Rjochthoekige wiring is oer it generaal in situaasje dy’t moat wurde mijd safolle mooglik yn PCB wiring, en it hat hast wurden ien fan de noarmen foar it mjitten fan de kwaliteit fan wiring. Dus hoefolle ynfloed sil de rjochte hoeke bedrading hawwe op sinjaaltransmission? Yn prinsipe sil rjochthoekige routing de linebreedte fan ‘e oerdrachtline feroarje, wêrtroch diskontinuïteit yn impedânsje feroarsaket. Yn feite, net allinnich rjochte hoeke routing, mar ek hoeken en acute-hoek routing kin feroarsaakje impedance feroarings.

De ynfloed fan rjochte hoeke routing op it sinjaal wurdt benammen wjerspegele yn trije aspekten:

Ien is dat de hoeke kin lykweardich wêze oan de kapasitive lading op ‘e oerdracht line, dy’t fertraget de opkomst tiid; de twadde is dat de impedance discontinuity sil feroarsaakje sinjaal refleksje; de tredde is de EMI generearre troch de rjochte hoeke tip.

De parasitêre kapasitânsje feroarsake troch de rjochte hoeke fan ‘e oerdrachtline kin wurde berekkene troch de folgjende empiryske formule:

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

Yn ‘e boppesteande formule ferwiist C nei de lykweardige kapasitânsje fan’ e hoeke (ienheid: pF), W ferwiist nei de breedte fan ‘e spoar (ienheid: inch), εr ferwiist nei de dielektrike konstante fan it medium, en Z0 is de karakteristike impedânsje fan de oerdracht line. Bygelyks, foar in 4Mils 50 ohm oerdracht line (εr is 4.3), de kapasitânsje brocht troch in rjochte hoeke is likernôch 0.0101pF, en dan kin de opkomst tiid feroaring feroarsake troch dit wurde rûsd:

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

It kin sjoen wurde troch berekkening dat it kapasitânsje-effekt brocht troch it rjochthoekige spoar ekstreem lyts is.

As de line breedte fan ‘e rjochthoekige trace tanimt, sil de impedânsje dêr ôfnimme, sadat in bepaald sinjaalrefleksjefenomeen optreedt. Wy kinne de lykweardige impedânsje berekkenje nei’t de linebreedte ferheget neffens de formule foar berekkening fan ‘e impedânsje neamd yn it haadstik fan’ e oerdrachtline, en dan de refleksjekoëffisjint berekkenje neffens de empiryske formule:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Yn ‘t algemien is de impedânsjeferoaring feroarsake troch rjochthoekige bedrading tusken 7% -20%, sadat de maksimale refleksjekoëffisjint sawat 0.1 is. Boppedat, sa’t kin sjoen wurde út de figuer hjirûnder, feroaret de impedânsje fan de oerdracht line nei it minimum binnen de lingte fan de W / 2 line, en dan werom nei de normale impedance nei de tiid fan W / 2. De hiele impedânsje feroaring tiid is ekstreem koart, faak binnen 10ps. Binnen binne sokke flugge en lytse feroarings hast te ferwaarloosjen foar algemiene sinjaal oerdracht.

In protte minsken hawwe dit begryp fan rjochthoekige wiring. Se tinke dat de tip maklik is om elektromagnetyske weagen te ferstjoeren of te ûntfangen en EMI te generearjen. Dit is ien fan ‘e redenen wurden wêrom’t in protte minsken tinke dat rjochthoekige bedrading net kin wurde rounearre. In protte echte testresultaten litte lykwols sjen dat rjochthoekige spoaren gjin dúdlike EMI sille produsearje as rjochte linen. Miskien beheine de hjoeddeistige ynstrumintprestaasjes en it testnivo de krektens fan ‘e test, mar it yllustrearret teminsten in probleem. De strieling fan ‘e rjochthoekige bedrading is al lytser as de mjitflater fan it ynstrumint sels.

Yn ‘t algemien is de rjochte hoeke routing net sa ferskriklik as tocht. Op syn minst yn applikaasjes ûnder GHz, alle effekten lykas capacitance, refleksje, EMI, ensfh wurde amper wjerspegele yn TDR testen. Yngenieurs foar hege snelheid PCB-ûntwerp moatte noch rjochtsje op yndieling, krêft / grûnûntwerp en bedradingûntwerp. Fia gatten en oare aspekten. Fansels, hoewol de ynfloed fan rjochthoekige bedrading net heul serieus is, betsjuttet it net dat wy allegear rjochthoekige bedrading yn ‘e takomst kinne brûke. Oandacht foar detail is de basiskwaliteit dy’t elke goede yngenieur moat hawwe. Boppedat, mei de rappe ûntwikkeling fan digitale circuits, PCB De frekwinsje fan it sinjaal ferwurke troch yngenieurs sil fierder tanimme. Op it mêd fan RF-ûntwerp boppe 10GHz kinne dizze lytse rjochte hoeken it fokus wurde fan problemen mei hege snelheid.

2. Differinsjaaloperator routing

Differinsjaal sinjaal (DifferentialSignal) wurdt hieltyd mear brûkt yn hege-snelheid circuit design. It meast krityske sinjaal yn it circuit wurdt faak ûntwurpen mei in differinsjaal struktuer. Wat makket it sa populêr? Hoe kinne jo har goede prestaasjes garandearje yn PCB-ûntwerp? Mei dizze twa fragen geane wy ​​troch nei it folgjende diel fan ‘e diskusje.

Wat is in differinsjaal sinjaal? Yn termen fan leken stjoert it driuwende ein twa lykweardige en omkearde sinjalen, en it ûntfangende ein oardielet de logyske steat “0” of “1” troch it ferskil tusken de twa spanningen te fergelykjen. It pear spoaren dat differinsjale sinjalen drage wurdt differinsjaalspoaren neamd.

Yn ferliking mei gewoane sinjaalspoaren mei ien ein, hawwe differinsjaalsignalen de meast foar de hân lizzende foardielen yn ‘e folgjende trije aspekten:

in. Sterke anty-ynterferinsjefermogen, om’t de keppeling tusken de twa differinsjaalsporen tige goed is. Wannear’t der lûd ynterferinsje fan bûten, se binne hast keppele oan de twa rigels tagelyk, en de ûntfangende ein allinnich soarget foar it ferskil tusken de twa sinjalen. Dêrom kin de eksterne mienskiplike modus lûd folslein annulearre wurde. b. It kin EMI effektyf ûnderdrukke. Om deselde reden, troch de tsjinoerstelde polariteit fan de twa sinjalen, kinne de elektromagnetyske fjilden dy’t troch har útstriele wurde inoar opheffe. De strakkere de koppeling, de minder elektromagnetyske enerzjy dy’t nei de bûtenwrâld ventileare. c. De timingposysje is akkuraat. Om’t de wikselferoaring fan it differinsjaalsinjaal op ‘e krusing fan’ e twa sinjalen leit, yn tsjinstelling ta it gewoane sinjaal mei ien ein, dat hinget fan ‘e hege en lege drompelspanningen om te bepalen, wurdt it minder beynfloede troch it proses en temperatuer, wat kin ferminderje de flater yn ‘e timing. , Mar ek mear geskikt foar lege-amplitude sinjaal circuits. De hjoeddeistige populêre LVDS (lowvoltagedifferentialsignaling) ferwiist nei dizze technology foar lytse amplitude differinsjaalsignalen.

Foar PCB-yngenieurs is de measte soarch hoe’t jo soargje kinne dat dizze foardielen fan differinsjaalbedrading folslein kinne wurde brûkt yn eigentlike bedrading. Miskien elkenien dy’t yn kontakt west hat mei Layout sil de algemiene easken fan differinsjaalbedrading begripe, dat is “lykweardige lingte en gelikense ôfstân”. De gelikense lingte is om te soargjen dat de twa differinsjaaloperator sinjalen hanthavenje tsjinoerstelde polarities op alle tiden en ferminderjen de mienskiplike modus komponint; de gelikense ôfstân is benammen om te soargjen dat de differinsjaaloperator impedances fan de twa binne konsekwint en ferminderje refleksjes. “Sa ticht mooglik” is soms ien fan ‘e easken fan differinsjaaloperator wiring. Mar al dizze regels wurde net brûkt om meganysk tapassen, en in protte yngenieurs lykje noch net begripe de essinsje fan hege-snelheid differinsjaaloperator sinjaal oerdracht.

De folgjende rjochtet him op ferskate mienskiplike misferstannen yn PCB differinsjaaloperator sinjaal design.

Misferstân 1: It wurdt leaud dat de differinsjaaloperator sinjaal net nedich in grûn fleantúch as in weromreis, of dat de differinsjaaloperator spoaren jouwe in weromkear paad foar elkoar. De reden foar dit misferstân is dat se wurde betize troch oerflakkige ferskynsels, of it meganisme fan hege-snelheid sinjaal oerdracht is net djip genôch. Oan ‘e struktuer fan’ e ûntfangende ein fan figuer 1-8-15 kin sjoen wurde dat de emitterstreamen fan transistors Q3 en Q4 lykweardich en tsjinoersteld binne, en har streamingen op ‘e grûn inoar krekt annulearje (I1=0), dus de differinsjaaloperator circuit is Similar bounces en oare lûd sinjalen dy’t mooglik bestean op ‘e macht en grûn fleantugen binne insensitive. De part werom cancellation fan ‘e grûn fleanmasine betsjut net dat de differinsjaaloperator circuit net brûke it referinsje fleantúch as it sinjaal werom paad. Yn feite, yn ‘e sinjaal werom analyse, it meganisme fan differinsjaaloperator bedrading en gewoane single-einige wiring is itselde, dat is, hege-frekwinsje sinjalen wurde altyd Reflow lâns de loop mei de lytste inductance, it grutste ferskil is dat neist de koppeling oan ‘e grûn, de differinsjaaloperator line hat ek ûnderlinge koppeling. Hokker soarte fan koppeling is sterk, hokker ien wurdt de wichtichste weromreis. figuer 1-8-16 is in skematyske diagram fan de geomagnetyske fjild ferdieling fan single-einige sinjalen en differinsjaaloperator sinjalen.

Yn PCB circuit design, de keppeling tusken differinsjaaloperator spoaren is oer it algemien lyts, faak allinnich goed foar 10 oant 20% fan de coupling graad, en mear is de coupling nei de grûn, sadat de wichtichste weromreis paad fan de differinsjaaloperator spoar noch bestiet op ‘e grûn fleantúch. Wannear’t de grûn fleantúch is diskontinu, sil de keppeling tusken de differinsjaaloperator spoaren soargje foar de wichtichste weromreis paad yn it gebiet sûnder in referinsje fleanmasine, lykas werjûn yn figuer 1-8-17. Hoewol de ynfloed fan ‘e diskontinuïteit fan’ e referinsjefleantúch op ‘e differinsjaalspoar net sa serieus is as dy fan’ e gewoane single-einige trace, sil it noch altyd de kwaliteit fan it differinsjaal sinjaal ferminderje en EMI ferheegje, wat safolle mooglik foarkommen wurde moat. . Guon ûntwerpers leauwe dat it referinsjefleantúch ûnder it differinsjaalspoar kin wurde fuortsmiten om guon sinjalen foar mienskiplike modus te ûnderdrukken yn differinsjaal oerdracht. Dizze oanpak is lykwols yn teory net winsklik. Hoe kinne jo de impedânsje kontrolearje? Net it leverjen fan in grûnimpedânsje-lus foar it sinjaal foar gewoane modus sil ûnûntkomber EMI-strieling feroarsaakje. Dizze oanpak docht mear skea as goed.

Misferstân 2: It wurdt leaud dat it hâlden fan gelikense ôfstân wichtiger is as oerienkommende linelingte. Yn eigentlike PCB-yndieling is it faaks net mooglik om tagelyk te foldwaan oan de easken fan differinsjaal ûntwerp. Troch it bestean fan pin distribúsje, fias, en wiring romte, it doel fan line lingte matching moat berikt wurde troch goede winding, mar it resultaat moat wêze dat guon gebieten fan de differinsjaaloperator pear kin net parallel. Wat moatte wy dwaan op dit stuit? Hokker kar? Foardat wy konklúzjes lûke, litte wy de folgjende simulaasjeresultaten besjen.

Ut de boppesteande simulaasje resultaten kin sjoen wurde dat de golffoarmen fan Skema 1 en Skema 2 binne hast tafallich, dat wol sizze, de ynfloed feroarsake troch de ûngelikense ôfstân is minimaal. Yn ferliking, de ynfloed fan de line lingte mismatch op de timing is folle grutter. (Skema 3). Ut ‘e teoretyske analyze, hoewol’t de inkonsistente ôfstân de differinsjaalimpedânsje sil feroarje, om’t de keppeling tusken it differinsjaalpaar sels net signifikant is, is it impedânsjeferoaringsberik ek heul lyts, meastentiids binnen 10%, wat mar lykweardich is oan ien pass . De refleksje feroarsake troch it gat sil gjin signifikante ynfloed hawwe op sinjaaltransmission. Sadree’t de line lingte net oerienkomt, neist de timing offset, mienskiplike modus komponinten wurde yntrodusearre yn de differinsjaaloperator sinjaal, dat ferleget de kwaliteit fan it sinjaal en fergruttet EMI.

It kin sein wurde dat de wichtichste regel yn it ûntwerp fan PCB differinsjaaloperator spoaren is de oerienkommende line lingte, en oare regels kinne wurde fleksibel behannele neffens design easken en praktyske tapassingen.

Misferstân 3: Tink derom dat de differinsjaalbedrading tige tichtby wêze moat. Hâld de differinsjaaloperator spoaren ticht is neat mear as te ferbetterjen harren coupling, dat kin net allinnich ferbetterjen immuniteit foar lûd, mar ek meitsje folslein gebrûk fan de tsjinoerstelde polariteit fan it magnetysk fjild te kompensearjen elektromagnetyske ynterferinsje nei de bûtenwrâld. Hoewol dizze oanpak yn ‘e measte gefallen tige foardielich is, is it net absolút. As wy kinne soargje dat se folslein beskerme binne fan eksterne ynterferinsje, dan hoege wy gjin sterke koppeling te brûken om anty-ynterferinsje te berikken. En it doel fan it ûnderdrukken fan EMI. Hoe kinne wy ​​soargje foar goede isolemint en shielding fan differinsjaaloperator spoaren? It fergrutsjen fan de ôfstân mei oare sinjaalspoaren is ien fan ‘e meast basale manieren. De elektromagnetyske fjildenerzjy nimt ôf mei it kwadraat fan ‘e ôfstân. Yn ‘t algemien, as de line-ôfstân grutter is as 4 kear de linebreedte, is de ynterferinsje tusken har ekstreem swak. Kin negearre wurde. Dêrnjonken kin isolaasje troch it grûnflak ek in goede ôfskermjende rol spylje. Dizze struktuer wurdt faak brûkt yn hege frekwinsje (boppe 10G) IC pakket PCB design. It wurdt in CPW-struktuer neamd, dy’t strikte differinsjaalimpedânsje garandearje kin. Control (2Z0), lykas werjûn yn figuer 1-8-19.

Differinsjaaloperator spoaren kinne ek rinne yn ferskillende sinjaal lagen, mar dizze metoade wurdt oer it algemien net oan te rieden, omdat de ferskillen yn impedance en fias produsearre troch ferskillende lagen sil ferneatigje it effekt fan differinsjaaloperator modus oerdracht en yntrodusearje mienskiplike modus lûd. Dêrneist, as de neistlizzende twa lagen binne net strak keppele, it sil ferminderje it fermogen fan de differinsjaaloperator trace te wjerstean lûd, mar as jo kinne behâlde in goede ôfstân fan de omlizzende spoaren, is crosstalk gjin probleem. By algemiene frekwinsjes (ûnder GHz) sil EMI gjin serieus probleem wêze. Eksperiminten hawwe sjen litten dat de attenuation fan útstriele enerzjy op in ôfstân fan 500 mils fan in differinsjaal trace hat berikt 60 dB op in ôfstân fan 3 meter, dat is genôch om te foldwaan oan de FCC elektromagnetyske strieling standert, dus De ûntwerper hoecht ek gjin soargen te meitsjen in protte oer de elektromagnetyske ynkompatibiliteit feroarsake troch ûnfoldwaande differinsjaal line coupling.

3. Serpentine line

Snake line is in soarte fan routing metoade faak brûkt yn Layout. It haaddoel dêrfan is om de fertraging oan te passen om te foldwaan oan de easken foar ûntwerp fan systeemtiming. De ûntwerper moat earst dit begryp hawwe: de serpentineline sil de sinjaalkwaliteit ferneatigje, de transmissiefertraging feroarje en besykje it gebrûk te foarkommen by it bedrading. Lykwols, yn it eigentlike ûntwerp, om te soargjen dat it sinjaal genôch hold tiid hat, of om de tiid offset tusken deselde groep sinjalen te ferminderjen, is it faaks nedich om bewust de draad op te draaien.

Dus, wat effekt hat de serpentine line op sinjaal oerdracht? Wat moat ik betelje omtinken oan by wiring? De twa meast krityske parameters binne de parallelle coupling lingte (Lp) en de coupling ôfstân (S), lykas werjûn yn figuer 1-8-21. Fansels, as it sinjaal wurdt oerbrocht op it serpentine spoar, sille de parallelle line segminten wurde keppele yn in differinsjaal modus. Hoe lytser de S en hoe grutter de Lp, hoe grutter de mjitte fan koppeling. It kin feroarsaakje dat de oerdrachtfertraging wurdt fermindere, en de sinjaalkwaliteit wurdt sterk fermindere troch crosstalk. It meganisme kin ferwize nei de analyze fan mienskiplike modus en differinsjaal modus crosstalk yn haadstik 3.

De folgjende binne wat suggestjes foar yndieling-yngenieurs by it omgean mei serpentinelinen:

1. Besykje te fergrutsjen de ôfstân (S) fan parallelle line segminten, op syn minst grutter as 3H, H ferwiist nei de ôfstân fan it sinjaal spoar nei de referinsje fleanmasine. Yn termen fan leken is it om in grutte bocht hinne te gean. Salang’t S grut genôch is, kin it ûnderlinge koppelingseffekt hast folslein foarkommen wurde. 2. Ferlytsje de koppeling lingte Lp. As de dûbele Lp-fertraging de sinjaalopkomsttiid benaderet of grutter is, sil de generearre crosstalk sêding berikke. 3. De sinjaal oerdracht fertraging feroarsake troch de serpentine line fan de Strip-Line of Embedded Micro-strip is minder as dy fan de Micro-strip. Yn teory, de stripline sil gjin ynfloed op de oerdracht taryf fanwege differinsjaaloperator modus crosstalk. 4. Foar hege snelheid sinjaal rigels en dyjingen mei strange timing easken, besykje net te brûken serpentine linen, benammen yn lytse gebieten. 5. Jo kinne faak brûke serpentine spoaren op eltse hoeke, lykas de C struktuer yn figuer 1-8-20, dat kin effektyf ferminderjen ûnderlinge coupling. 6. Yn hege snelheid PCB-ûntwerp hat de serpentineline net de saneamde filter- of anty-ynterferinsjefermogen, en kin allinich de sinjaalkwaliteit ferminderje, sadat it allinich brûkt wurdt foar timing-oanpassing en hat gjin oar doel. 7. Soms kinne jo beskôgje spiral routing foar winding. Simulaasje lit sjen dat it effekt better is dan normale serpentine-routing.