Tá an leagan amach ar cheann de na scileanna poist is bunúsaí d’innealtóirí dearaidh PCB. Beidh tionchar díreach ag cáilíocht na sreangaithe ar fheidhmíocht an chórais iomláin. Caithfear an chuid is mó de na teoiricí dearaidh ardluais a chur i bhfeidhm agus a fhíorú ar deireadh trí Leagan Amach. Is féidir a fheiceáil go bhfuil sreangú an-tábhachtach i PCB ardluais dearadh. Déanfaidh an méid seo a leanas anailís ar réasúntacht roinnt cásanna a d’fhéadfadh a bheith ann maidir le sreangú iarbhír, agus tabharfaidh sé roinnt straitéisí ródaithe níos optamaithe.

Mínítear é go príomha ó thrí ghné: sreangú dronuilleach, sreangú difreálach, agus sreangú serpentine.

1. Ródú dronuilleach

De ghnáth is gá sreangú dronuilleach a sheachaint a oiread agus is féidir i sreangú PCB, agus tá sé beagnach ar cheann de na caighdeáin chun cáilíocht na sreangaithe a thomhas. Mar sin cén tionchar a bheidh ag an sreangú dronuilleach ar tharchur comhartha? I bprionsabal, athróidh ródú dronuilleach leithead líne na líne tarchuir, rud a fhágfaidh neamhleanúnachas sa bhac. Déanta na fírinne, ní amháin go bhféadfadh ródú dronuilleach, ach coirnéil agus ródú géar-uillinne a bheith ina gcúis le hathruithe impedance.

Léirítear tionchar ródú dronuilleach ar an gcomhartha go príomha i dtrí ghné:

Is é ceann amháin gur féidir an cúinne a bheith comhionann leis an ualach capacitive ar an líne tharchuir, a mhoillíonn an t-am ardúcháin; is é an dara ceann ná go mbeidh an comharthaíocht mar thoradh ar neamhleanúnachas an impedance; is é an tríú ceann an IEA a ghineann an rinn dronuilleach.

Is féidir an toilleas seadánacha de bharr dronuillinn na líne tarchuir a ríomh tríd an bhfoirmle eimpíreach seo a leanas:

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

San fhoirmle thuas, tagraíonn C do toilleas coibhéiseach an choirnéil (aonad: pF), tagraíonn W do leithead an rian (aonad: orlach), tagraíonn εr do tairiseach tréleictreach an mheáin, agus is é Z0 an impedance tréith den líne tharchuir. Mar shampla, i gcás líne tharchuir 4Mils 50 ohm (is é sin 4.3), tá an toilleas a thugann dronuillinn thart ar 0.0101pF, agus ansin is féidir an t-athrú ama ardaithe de bharr seo a mheas:

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

Is féidir a fheiceáil trí ríomh go bhfuil an éifeacht toilleas a thugann an rian dronuilleach thar a bheith beag.

De réir mar a mhéadaíonn leithead líne an rian dronuilleach, laghdóidh an impedance ansin, mar sin beidh feiniméan frithchaithimh comhartha áirithe ann. Is féidir linn an impedance coibhéiseach a ríomh tar éis go méadaíonn leithead na líne de réir na foirmle ríofa impedance a luaitear i gcaibidil na líne tarchuir, agus ansin an chomhéifeacht frithchaithimh a ríomh de réir na foirmle eimpíreach:

ρ = (Zs-Z0) / (Zs + Z0)

De ghnáth, bíonn an t-athrú impedance de bharr sreangú dronuilleach idir 7% -20%, agus mar sin tá an chomhéifeacht frithchaithimh uasta thart ar 0.1. Thairis sin, mar atá le feiceáil ón bhfigiúr thíos, athraíonn impedance na líne tarchuir go dtí an t-íosmhéid laistigh de fhad na líne W / 2, agus ansin filleann sé ar an ngnáthchosc tar éis am W / 2. Tá an t-am iomlán um athrú impedance thar a bheith gearr, go minic laistigh de 10ps. Taobh istigh, tá athruithe tapa agus beaga den sórt sin beagnach neamhbhríoch maidir le tarchur comhartha ginearálta.

Tá an tuiscint seo ag go leor daoine ar shreangú dronuilleach. Síleann siad go bhfuil sé furasta tonnta leictreamaighnéadacha a tharchur nó a fháil agus EMI a ghiniúint. Tá sé seo anois ar cheann de na cúiseanna a gceapann go leor daoine nach féidir sreangú dronuilleach a ródú. Taispeánann go leor torthaí tástála iarbhír, áfach, nach dtabharfaidh rianta dronuilleacha IEA soiléir ná línte díreacha. B’fhéidir go gcuireann feidhmíocht reatha na hionstraime agus leibhéal na tástála srian ar chruinneas na tástála, ach ar a laghad léiríonn sé fadhb. Tá radaíocht na sreangaithe dronuilleach níos lú cheana féin ná earráid tomhais na hionstraime féin.

Go ginearálta, níl an ródú dronuilleach chomh uafásach agus a shamhlaítear. Ar a laghad in iarratais faoi bhun GHz, is ar éigean a léirítear aon éifeachtaí ar nós toilleas, machnamh, IEA, srl. I dtástáil TDR. Ba cheart go ndíreodh innealtóirí dearaidh PCB ardluais fós ar leagan amach, dearadh cumhachta / talún, agus dearadh sreangaithe. Trí phoill agus gnéithe eile. Ar ndóigh, cé nach bhfuil tionchar sreangú dronuilleach an-tromchúiseach, ní chiallaíonn sé gur féidir linn go léir sreangú dronuilleach a úsáid sa todhchaí. Tugtar aird ar mhionsonraí ar an gcaighdeán bunúsach a chaithfidh a bheith ag gach dea-innealtóir. Thairis sin, le forbairt thapa a dhéanamh ar chiorcaid dhigiteacha, PCB Leanfaidh minicíocht an chomhartha a phróiseálann innealtóirí ag méadú. I réimse an dearaidh RF os cionn 10GHz, d’fhéadfadh fadhbanna ardluais a bheith mar fhócas ar na dronuillinneacha beaga seo.

2. Ródú difreálach

Úsáidtear comhartha difreálach (DifferentialSignal) níos mó agus níos forleithne i ndearadh ciorcad ardluais. Is minic a dhéantar an comhartha is criticiúla sa chiorcad a dhearadh le struchtúr difreálach. Cad a fhágann go bhfuil an oiread sin éilimh air? Conas a fheidhmíocht mhaith i ndearadh PCB a chinntiú? Leis an dá cheist seo, leanaimid ar aghaidh go dtí an chéad chuid eile den phlé.

Cad is comhartha difreálach ann? I dtéarmaí layman, seolann an deireadh tiomána dhá chomhartha chomhionanna agus inbhéartaithe, agus breithníonn an deireadh glactha an stát loighic “0” nó “1” tríd an difríocht idir an dá voltas a chur i gcomparáid. Tugtar rianta difreálacha ar an mbeirt rianta a bhfuil comharthaí difreálacha orthu.

I gcomparáid le gnáthrianta comhartha aonchríoch, tá na buntáistí is soiléire ag comharthaí difreálacha sna trí ghné seo a leanas:

a. Cumas láidir frith-chur isteach, toisc go bhfuil an cúpláil idir an dá rian difreálach an-mhaith. Nuair a bhíonn cur isteach torainn ón taobh amuigh, tá siad beagnach cúpláilte leis an dá líne ag an am céanna, agus ní bhíonn cúram ag an deireadh glactha ach ar an difríocht idir an dá chomhartha. Dá bhrí sin, is féidir an torann mód coiteann seachtrach a chealú go hiomlán. b. Féadann sé IEA a chur faoi chois go héifeachtach. Ar an gcúis chéanna, mar gheall ar pholaraíocht os coinne an dá chomhartha, is féidir leis na réimsí leictreamaighnéadacha a radaíonn siad a chéile a chealú. Níos doichte an cúpláil, is lú fuinneamh leictreamaighnéadach a chuirtear chuig an domhan lasmuigh. c. Tá an suíomh uainithe cruinn. Toisc go bhfuil athrú lasc an chomhartha difreálaigh suite ag a dtrasnaíonn an dá chomhartha, murab ionann agus an gnáthchomhartha aonchríochnaithe, atá ag brath ar na voltais tairsí ard agus íseal chun a chinneadh, is lú an tionchar a bhíonn ag an bpróiseas agus ag an teocht air, ar féidir leis an earráid san uainiú a laghdú. , Ach níos oiriúnaí freisin do chiorcaid chomhartha aimplitiúid íseal. Tagraíonn an LVDS móréilimh reatha (lowvoltagedifferentialsignaling) don teicneolaíocht comhartha difreálach aimplitiúid bheag seo.

Maidir le hinnealtóirí PCB, is é an imní is mó ná a chinntiú gur féidir na buntáistí seo a bhaineann le sreangú difreálach a úsáid go hiomlán i sreangú iarbhír. B’fhéidir go dtuigfidh duine ar bith a bhí i dteagmháil le Leagan Amach na riachtanais ghinearálta a bhaineann le sreangú difreálach, is é sin, “fad comhionann agus fad comhionann”. Is é an fad céanna a chinntiú go gcoinníonn an dá chomhartha difreálacha polaraíocht os coinne i gcónaí agus go laghdaíonn siad an chomhpháirt mód coitianta; is é an fad comhionann den chuid is mó ná a chinntiú go bhfuil constaicí difreálacha na beirte comhsheasmhach agus go laghdaíonn siad frithchaitheamh. Uaireanta bíonn “chomh gar agus is féidir” ar cheann de na riachtanais a bhaineann le sreangú difreálach. Ach ní úsáidtear na rialacha seo go léir chun iad a chur i bhfeidhm go meicniúil, agus is cosúil nach dtuigeann go leor innealtóirí croílár an tarchuir comhartha difreálaigh ardluais.

Díríonn an méid seo a leanas ar roinnt míthuiscintí coitianta i ndearadh comhartha difreálach PCB.

Míthuiscint 1: Creidtear nach gá eitleán talún a bheith ag teastáil ón gcomhartha difreálach mar chosán fillte, nó go soláthraíonn na rianta difreálacha cosán fillte dá chéile. Is é an chúis atá leis an míthuiscint seo ná go gcuireann feiniméin dromchla mearbhall orthu, nó nach bhfuil an mheicníocht tarchuir comhartha ardluais domhain go leor. Is féidir a fheiceáil ó struchtúr an chríoch ghlactha i bhFíor 1-8-15 go bhfuil sruthanna astaitheora trasraitheoirí Q3 agus Q4 cothrom agus os coinne, agus go gcuireann a sruthanna ag an talamh a chéile ar ceal go díreach (I1 = 0), mar sin de tá ciorcad difreálach preabanna comhchosúla agus tá comharthaí torainn eile a d’fhéadfadh a bheith ann ar na plánaí cumhachta agus talún neamhíogair. Ní chiallaíonn cealú páirteach ar ais an eitleáin talún nach n-úsáideann an ciorcad difreálach an plána tagartha mar an cosán fillte comhartha. Déanta na fírinne, san anailís ar fhilleadh ar chomharthaí, tá meicníocht na sreanga difreálaigh agus na gnáthshreangú aonchríoch mar an gcéanna, is é sin, bíonn comharthaí ardmhinicíochta Reflow i gcónaí feadh na lúibe leis an ionduchtas is lú, is é an difríocht is mó ná i dteannta le an cúpláil leis an talamh, tá cúpláil fhrithpháirteach ag an líne dhifreálach freisin. Cén cineál cúplála atá láidir, cé acu príomhbhealach aischuir. Is léaráid scéimeach é Fíor 1-8-16 de dháileadh réimse geomaighnéadach comharthaí aonchríoch agus comharthaí difreálacha.

I ndearadh ciorcad PCB, tá an cúpláil idir rianta difreálacha beag go ginearálta, go minic níl ann ach 10 go 20% den chéim chúplála, agus is é an cúpláil leis an talamh níos mó, agus mar sin tá príomhbhealach aischuir an rian difreálach fós ar an talamh. eitleán. Nuair a bhíonn an plána talún neamhleanúnach, soláthróidh an cúpláil idir na rianta difreálacha an príomhbhealach fillte sa limistéar gan eitleán tagartha, mar a thaispeántar i bhFíor 1-8-17. Cé nach bhfuil tionchar neamhleanúnachais an eitleáin tagartha ar an rian difreálach chomh tromchúiseach le tionchar an ghnáth-rian aonchríoch, laghdóidh sé fós cáilíocht an chomhartha difreálaigh agus méadóidh sé IEA, ar cheart é a sheachaint a oiread agus is féidir . Creideann roinnt dearthóirí gur féidir an t-eitleán tagartha faoin rian difreálach a bhaint chun roinnt comharthaí mód coitianta i dtarchur difreálach a bhaint. Mar sin féin, níl an cur chuige seo inmhianaithe go teoiriciúil. Conas an impedance a rialú? Is cinnte go mbeidh radaíocht IEA ina chúis le gan lúb impedance talún a sholáthar don chomhartha mód coitianta. Déanann an cur chuige seo níos mó dochair ná maith.

Míthuiscint 2: Creidtear go bhfuil sé níos tábhachtaí spásáil chomhionann a choinneáil ná fad na líne a mheaitseáil. I leagan amach iarbhír PCB, is minic nach féidir riachtanais dearadh difreálach a chomhlíonadh ag an am céanna. Mar gheall ar dháileadh bioráin, vias, agus spás sreangaithe, caithfear cuspóir meaitseála fad líne a bhaint amach trí fhoirceannadh ceart, ach ní foláir a bheith mar thoradh air sin nach féidir le roinnt réimsí den phéire difreálach a bheith comhthreomhar. Cad ba cheart dúinn a dhéanamh ag an am seo? Cén rogha? Sula ndéantar conclúidí, déanaimis féachaint ar na torthaí insamhalta seo a leanas.

Ó na torthaí insamhalta thuas, is féidir a fheiceáil go bhfuil tonnfhoirmeacha Scéim 1 agus Scéim 2 beagnach comhthráthach, is é sin le rá, is beag an tionchar a bhíonn ag an spásáil mhíchothrom. I gcomparáid leis sin, is mó i bhfad an tionchar a bhíonn ag an neamhréir idir fad na líne ar an uainiú. (Scéim 3). Ón anailís theoiriciúil, cé go n-athróidh an spásáil neamhréireach an impedance difreálach, toisc nach bhfuil an cúpláil idir an péire difreálach féin suntasach, tá an raon athraithe impedance an-bheag freisin, de ghnáth laistigh de 10%, nach bhfuil ach comhionann le pas amháin. . Ní bheidh tionchar suntasach ag an machnamh a dhéanann an poll ar tharchur comhartha. Chomh luath agus nach ionann fad na líne, i dteannta an fhritháireamh uainiúcháin, tugtar comhpháirteanna mód coitianta isteach sa chomhartha difreálach, rud a laghdaíonn cáilíocht na comhartha agus a mhéadaíonn IEA.

Is féidir a rá gurb é an riail is tábhachtaí i ndearadh rianta difreálacha PCB ná fad na líne meaitseála, agus is féidir rialacha eile a láimhseáil go solúbtha de réir riachtanais dearaidh agus feidhmchláir phraiticiúla.

Míthuiscint 3: Smaoinigh go gcaithfidh an sreangú difreálach a bheith an-dlúth. Níl i gceist ach na rianta difreálacha a choinneáil gar ná a gcúpláil a fheabhsú, rud a fhéadann ní amháin díolúine ó thorann a fheabhsú, ach úsáid iomlán a bhaint as polaraíocht os coinne an réimse mhaighnéadaigh chun cur isteach leictreamaighnéadach ar an domhan lasmuigh a fhritháireamh. Cé go bhfuil an cur chuige seo an-tairbheach i bhformhór na gcásanna, níl sé iomlán. Más féidir linn a chinntiú go ndéantar sciath iomlán orthu ó chur isteach seachtrach, ansin ní gá dúinn cúpláil láidir a úsáid chun frith-chur isteach a bhaint amach. Agus an aidhm EMI a chur faoi chois. Conas is féidir linn aonrú agus sciath maith rianta difreálacha a chinntiú? Ceann de na bealaí is bunúsaí is ea an spásáil a mhéadú le rianta comhartha eile. Laghdaíonn fuinneamh an réimse leictreamaighnéadaigh le cearnóg an achair. Go ginearálta, nuair a bhíonn an spásáil líne níos mó ná 4 oiread leithead na líne, bíonn an cur isteach eatarthu thar a bheith lag. Is féidir neamhaird a dhéanamh air. Ina theannta sin, is féidir ról maith sciath a bheith ag aonrú an eitleáin talún. Is minic a úsáidtear an struchtúr seo i ndearadh PCB pacáiste IC ardmhinicíochta (os cionn 10G). Tugtar struchtúr CPW air, a fhéadann impedance difreálach docht a chinntiú. Rialú (2Z0), mar a thaispeántar i bhFíor 1-8-19.

Is féidir rianta difreálacha a reáchtáil i sraitheanna comhartha éagsúla, ach de ghnáth ní mholtar an modh seo, toisc go scriosfaidh na difríochtaí idir impedance agus vias a tháirgeann sraitheanna éagsúla éifeacht tarchur mód difreálach agus tabharfaidh siad isteach torann mód coitianta. Ina theannta sin, mura ndéantar an dá shraith in aice láimhe a chúpláil go docht, laghdóidh sé cumas an rian difreálaigh torann a sheasamh, ach más féidir leat achar ceart a choinneáil ó na rianta máguaird, ní fadhb í an chrosstalk. Ag minicíochtaí ginearálta (faoi bhun GHz), ní bheidh EMI ina fhadhb thromchúiseach. Taispeánann turgnaimh gur shroich maolú fuinnimh radaithe ag achar 500 mils ó rian difreálach 60 dB ag fad 3 mhéadar, ar leor é chun caighdeán radaíochta leictreamaighnéadaí FCC a chomhlíonadh, mar sin ní gá don dearthóir a bheith buartha freisin go leor faoin neamh-chomhoiriúnacht leictreamaighnéadach de bharr cúplála líne difreálach neamhleor.

3. Líne serpentine

Is cineál modh ródaithe í líne nathair a úsáidtear go minic i Leagan Amach. Is é a phríomhchuspóir an mhoill a choigeartú chun riachtanais dearaidh uainiúcháin an chórais a chomhlíonadh. Caithfidh an tuiscint seo a bheith ag an dearthóir ar dtús: scriosfaidh an líne serpentine cáilíocht na comhartha, athróidh sé an mhoill tarchuir, agus déanfaidh sé iarracht í a sheachaint agus í ag sreangú. Mar sin féin, i ndearadh iarbhír, d’fhonn a chinntiú go bhfuil go leor ama sealbhaithe ag an gcomhartha, nó chun an t-am fritháireamh idir an grúpa céanna comharthaí a laghdú, is minic gur gá an sreang a fhoirceannadh d’aon ghnó.

Mar sin, cén éifeacht a bhíonn ag an líne serpentine ar tharchur comhartha? Cad ba cheart dom aird a thabhairt air agus mé ag sreangú? Is iad an dá pharaiméadar is criticiúla ná an fad cúplála comhthreomhar (Lp) agus an fad cúplála (S), mar a thaispeántar i bhFíor 1-8-21. Ar ndóigh, nuair a tharchuirtear an comhartha ar an rian serpentine, cúplófar na deighleoga líne comhthreomhara i mód difreálach. Is lú an S agus is mó an Lp, is mó an méid cúplála. D’fhéadfadh sé a bheith ina chúis leis an moill tarchuir a laghdú, agus laghdaítear cáilíocht na comhartha go mór mar gheall ar chrosstalk. Is féidir leis an meicníocht tagairt a dhéanamh don anailís ar chrosstalk mód coiteann agus mód difreálach i gCaibidil 3.

Seo a leanas roinnt moltaí d’innealtóirí Leagan Amach agus iad ag déileáil le línte serpentine:

1. Déan iarracht an fad (S) de dheighleoga líne comhthreomhara a mhéadú, ar mó é ná 3H ar a laghad, tagraíonn H don fhad ón rian comhartha go dtí an plána tagartha. I dtéarmaí layman, tá sé chun dul timpeall ar lúb mór. Chomh fada agus a bhíonn S mór go leor, is féidir an éifeacht chúplála fhrithpháirtigh a sheachaint beagnach go hiomlán. 2. Laghdaigh an fad cúplála Lp. Nuair a bheidh an mhoill Lp dúbailte ag druidim nó ag dul thar an am ardú comhartha, sroichfidh an crosstalk a ghintear sáithithe. 3. Tá an mhoill tarchuir comhartha de bharr líne serpentine an Stráice-Líne nó na Micrea-stiall Leabaithe níos lú ná an micrea-stiall. Go teoiriciúil, ní bheidh tionchar ag an stialllíne ar an ráta tarchuir mar gheall ar chrosstalk mód difreálach. 4. Maidir le línte comhartha ardluais agus iad siúd a bhfuil dianriachtanais uainiúcháin acu, déan iarracht gan línte serpentine a úsáid, go háirithe i gceantair bheaga. 5. Is minic gur féidir leat rianta serpentine a úsáid ar aon uillinn, mar shampla an struchtúr C i bhFíor 1-8-20, ar féidir leo cúpláil fhrithpháirteach a laghdú go héifeachtach. 6. I ndearadh PCB ardluais, níl an cumas scagtha nó frith-chur isteach mar a thugtar air ag an líne serpentine, agus ní féidir léi ach cáilíocht na comhartha a laghdú, mar sin ní úsáidtear í ach le haghaidh meaitseála uainiúcháin agus níl aon aidhm eile leis. 7. Uaireanta is féidir leat smaoineamh ar ródú bíseach le haghaidh foirceannadh. Taispeánann insamhalta go bhfuil a éifeacht níos fearr ná gnáth-ródú serpentine.