Raspored je jedna od najosnovnijih radnih vještina Dizajn PCB-a inženjer. Kvaliteta ožičenja izravno će utjecati na performanse cijelog sustava, većina teorije projektiranja velikih brzina mora se konačno realizirati i provjeriti pomoću Layout-a, pa se može vidjeti da je ožičenje ključno u dizajnu PCB-a velike brzine. Sljedeće će biti uzeto u obzir da bi ožičenje moglo naići na neke situacije, analizirati njegovu racionalnost i dati neke optimiziranije strategije usmjeravanja. Uglavnom s desne kutne linije, linije razlike, zmijske linije i tako dalje tri aspekta za razradu.

1. Pravokutna go linija

Ožičenje pod pravim kutom općenito je potrebno kako bi se izbjegla situacija u ožičenju PCB-a, a gotovo je postalo jedan od standarda za mjerenje kvalitete ožičenja, pa koliki će utjecaj imati pravokutno ožičenje na prijenos signala? U načelu, pravokutno ožičenje promijenit će širinu vodova dalekovoda, što će rezultirati diskontinuitetom impedancije. Zapravo, ne samo prava kutna linija, tonska kutna, oštra kutna linija može uzrokovati promjene impedancije.

Utjecaj poravnanja pod pravim kutom na signal uglavnom se ogleda u tri aspekta: prvo, kut može biti ekvivalentan kapacitivnom opterećenju dalekovoda, usporavajući vrijeme porasta; Drugo, prekid impedancije uzrokovat će refleksiju signala; Treće, EMI generiran vrhom pod pravim kutom.

Parazitski kapacitet uzrokovan pravim kutom dalekovoda može se izračunati prema sljedećoj empirijskoj formuli:

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

U gornjoj formuli, C se odnosi na ekvivalentni kapacitet u kutu (pF), W se odnosi na širinu crte (inč), ε R se odnosi na dielektričnu konstantu medija, a Z0 je karakteristična impedancija prijenosa crta. Na primjer, za 4 Mils 50 ohmski prijenosni vod (εr 4.3), kapacitet pravog kuta je oko 0.0101pF, a varijacija u vremenu porasta može se procijeniti:

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

Iz izračuna se može vidjeti da je učinak kapacitivnosti koji donosi pravokutno ožičenje iznimno mali.

S povećanjem širine linije pravokutne linije impedancija će se u ovom trenutku smanjivati ​​pa će doći do određene pojave refleksije signala. Možemo izračunati ekvivalentnu impedanciju nakon povećanja širine voda prema formuli za proračun impedancije navedene u odjeljku dalekovoda, a zatim izračunati koeficijent refleksije prema empirijskoj formuli: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), općenito pravokutno ožičenje rezultira promjenom impedancije između 7%-20%, pa je maksimalni koeficijent refleksije oko 0.1. Štoviše, kao što se može vidjeti sa donje slike, impedancija dalekovoda mijenja se na minimum unutar duljine W/2 voda, a zatim se vraća na normalnu impedanciju nakon W/2 vremena. Vrijeme za cijelu promjenu impedancije je vrlo kratko, obično unutar 10ps. Takva brza i mala promjena gotovo je zanemariva za opći prijenos signala.

Mnogi ljudi imaju takvo razumijevanje pravokutnog usmjeravanja, vjerujući da vrh lako emitira ili prima elektromagnetske valove i proizvodi EMI, što je postalo jedan od razloga zašto mnogi misle da pravokutno usmjeravanje nije moguće. Međutim, mnogi praktični rezultati ispitivanja pokazuju da pravokutna linija ne proizvodi mnogo EMI nego ravna linija. Možda trenutne performanse instrumenta i razina ispitivanja ograničavaju točnost testa, ali barem pokazuju da je zračenje pravokutne crte manje od pogreške mjerenja samog instrumenta. Općenito, poravnanje pod pravim kutom nije tako strašno kako se može činiti. Barem u aplikacijama ispod GHz, svi učinci kao što su kapacitet, refleksija, EMI itd. Gotovo se ne odražavaju u TDR testovima. Inženjer dizajna brzih PCB-a trebao bi se usredotočiti na raspored, dizajn napajanja/tla, dizajn ožičenja, perforiranje itd. Iako, naravno, učinci pravokutne linije kretanja nisu jako ozbiljni, ali ne znači da možemo hodati pravokutnom linijom, pozornost na detalje bitna je kvaliteta svakog dobrog inženjera, a uz brzi razvoj digitalnih sklopova , Inženjeri PCB -a obradu frekvencije signala također će nastaviti poboljšavati, na više od 10 GHZ RF dizajn područja, Ti mali pravi kutovi mogu postati središte problema velikih brzina.

2. Razlika u

Diferencijalni signal široko se koristi u dizajnu krugova velike brzine. Najvažniji signal u krugu je Diferencijalni dizajn signala. Kako osigurati dobre performanse u dizajnu PCB -a? S obzirom na ova dva pitanja, prelazimo na sljedeći dio naše rasprave.

Što je diferencijalni signal? Na običnom engleskom jeziku, upravljački program šalje dva ekvivalentna i invertirajuća signala, a prijemnik uspoređuje razliku između dva napona kako bi utvrdio je li logičko stanje “0” ili “1”. Par žica koje nose diferencijalne signale nazivamo diferencijalne žice.

U usporedbi s običnim usmjeravanjem jednostrukog signala, diferencijalni signal ima najočitije prednosti u sljedeća tri aspekta:

A. Snažna sposobnost protiv smetnji, jer je sprega između dviju diferencijalnih vodova vrlo dobra, kada postoje smetnje šuma, one su gotovo spojene na dvije linije u isto vrijeme, a prijemnik brine samo o razlici između dva signala, pa se vanjska zajednička buka može potpuno poništiti.

B. Može učinkovito suzbiti EMI. Slično, budući da su dva signala suprotnog polariteta, elektromagnetsko polje koje zrače mogu se međusobno poništiti. Što je spojnica bliža, manje se elektromagnetske energije oslobađa vanjskom svijetu.

C. Postavljanje vremena je točno. Budući da se komutacijska promjena diferencijalnih signala nalazi na sjecištu dva signala, za razliku od uobičajenih jednostrukih signala koji se procjenjuju visokim i niskim pragom napona, na nju manje utječu proces i temperatura, što može smanjiti pogreške u mjerenju vremena i prikladniji je za krugove s signalima niske amplitude. LVDS (niskonaponska diferencijalna signalizacija) odnosi se na ovu tehnologiju diferencijalnog signala male amplitude.

Za inženjere PCB -a najvažnija je briga kako osigurati da se te prednosti diferencijalnog usmjeravanja u potpunosti iskoriste u stvarnom usmjeravanju. Možda će ljudi, dok su u kontaktu s Layout -om, razumjeti opće zahtjeve diferencijalnog usmjeravanja, to jest “jednake duljine, jednake udaljenosti”. Izometrijski treba osigurati da dva diferencijalna signala uvijek održavaju suprotni polaritet, smanjujući komponentu zajedničkog moda; Izometrijska je uglavnom za osiguravanje iste diferencijalne impedancije, smanjenje refleksije. “Što je moguće bliže” ponekad je jedan od zahtjeva za diferencijalno usmjeravanje. No, niti jedno od ovih pravila nije namijenjeno mehaničkoj primjeni, a čini se da mnogi inženjeri ne razumiju prirodu diferencijalne signalizacije velike brzine. Slijedi fokus na nekoliko uobičajenih pogrešaka u dizajnu diferencijalnog signala PCB -a.

Zabluda 1: Diferencijalni signali ne trebaju ravninu tla kao put povratnog toka ili misle da diferencijalni vodovi međusobno pružaju povratni tok. Uzrok ovog nesporazuma zbunjuje površinski fenomen ili mehanizam prijenosa signala velike brzine nije dovoljno dubok. Kao što se može vidjeti iz strukture prijemnog kraja na Sl. 1-8-15, emiterske struje tranzistora Q3 i Q4 su ekvivalentne i suprotne, a njihova se struja na spoju točno međusobno poništava (I1 = 0). Stoga je diferencijalni krug neosjetljiv na slične zemljane projektile i druge signale šuma koji mogu postojati u napajanju i ravnini zemlje. Djelomično poništavanje povratnog toka uzemljenja ne znači da diferencijalni krug ne uzima referentnu ravninu kao povratni put signala. Zapravo, u analizi povratnog toka signala, mehanizam diferencijalnog usmjeravanja isti je kao i kod običnog usmjeravanja s jednim krajem, naime

Frekvencijski signal uvijek teče natrag duž kruga s najmanjim induktivitetom. Najveća razlika leži u tome što linija razlike ne samo da je spojena na tlo, već ima i međusobnu vezu. Snažna spojnica postaje glavni put povratnog toka.

U dizajnu sklopa PCB -a, spoj između diferencijalnog ožičenja općenito je mali, obično čini samo 10 ~ 20% stupnja spojnice, a većina spojke je na tlu, pa glavni put povratnog toka diferencijalnog ožičenja još uvijek postoji u tlu avion. U slučaju diskontinuiteta u lokalnoj ravnini, spajanje između diferencijalnih pravaca osigurava glavni put povratnog toka u području bez referentne ravnine, kako je prikazano na Sl. 1-8-17. Premda utjecaj diskontinuiteta referentne ravnine na diferencijalno ožičenje nije tako ozbiljan kao kod običnog jednostrukog ožičenja, ipak će se smanjiti kvaliteta diferencijalnog signala i povećati EMI, što treba izbjegavati koliko je god moguće. Neki dizajneri vjeruju da se referentna ravnina linije diferencijalnog prijenosa može ukloniti kako bi se potisnuo dio signala zajedničkog moda u diferencijalnom prijenosu, ali teoretski ovaj pristup nije poželjan. Kako kontrolirati impedanciju? Bez pružanja petlje impedancije zemlje za signal zajedničkog načina rada, EMI zračenje će se vjerojatno uzrokovati, što nanosi više štete nego koristi.

Mit 2: Održavanje jednakog razmaka važnije je od podudaranja duljine retka. U stvarnom ožičenju PCB -a često ne može zadovoljiti zahtjeve diferencijalnog dizajna. Zbog raspodjele pinova, rupa i prostora za ožičenje te drugih čimbenika, potrebno je postići svrhu usklađivanja duljine vodova kroz odgovarajuće namotanje, ali rezultat je neizbježno dio para razlika ne može biti paralelan, u ovom trenutku, kako izabrati? Prije nego što pređemo na zaključke, pogledajmo sljedeće rezultate simulacije. Iz gornjih rezultata simulacije može se vidjeti da se valni oblici sheme 1 i sheme 2 gotovo podudaraju, odnosno da je utjecaj nejednakog razmaka minimalan, a utjecaj neusklađenosti duljine linija mnogo veći na vremenski slijed (shema 3) . Iz perspektive teorijske analize, iako će nedosljedni razmaci dovesti do promjene impedanse razlike, ali zato što sprega između samog para razlika nije značajna, pa je i raspon promjena impedancije vrlo mali, obično unutar 10%, samo ekvivalentno na odraz uzrokovan rupom, koji neće uzrokovati značajan utjecaj na prijenos signala. Nakon što se duljina linije ne podudara, uz pomak vremenskog slijeda, u diferencijalni signal uvode se komponente zajedničkog moda, što smanjuje kvalitetu signala i povećava EMI.

Može se reći da je najvažnije pravilo u dizajnu PCB diferencijalnog ožičenja usklađivanje duljine voda, a s ostalim se pravilima može fleksibilno rukovati prema zahtjevima dizajna i praktičnim primjenama.

Zabluda tri: linija razmišljanja o razlikama mora se oslanjati vrlo blizu. Smisao držanja linija razlika blizu nije ništa drugo do povećanje njihove sprege, kako za poboljšanje imuniteta na buku, tako i za iskorištavanje suprotnog polariteta magnetskog polja za poništavanje elektromagnetskih smetnji iz vanjskog svijeta. Iako je ovaj pristup u većini slučajeva vrlo povoljan, nije apsolutan. Ako se mogu potpuno zaštititi od vanjskih smetnji, onda ne moramo više ostvarivati ​​svrhu zaštite od smetnji i EMI-ja kroz snažno povezivanje jedno s drugim. Kako osigurati da diferencijalno usmjeravanje ima dobru izolaciju i zaštitu? Povećanje udaljenosti između vodova i drugih signala jedan je od najosnovnijih načina. Energija elektromagnetskog polja smanjuje se s kvadratnim odnosom udaljenosti. Općenito, kada je udaljenost između linija više od 4 puta širine crte, smetnje među njima su izrazito slabe i mogu se zanemariti u osnovi. Osim toga, izolacija kroz ravninu uzemljenja također može pružiti dobar zaštitni učinak. Ova se struktura često koristi u visokofrekventnim (iznad 10G) IC pakiranim PCB izvedbama, poznatim kao CPW struktura, kako bi se osigurala stroga kontrola diferencijalne impedancije (2Z0), Sl. 1-8-19.

Diferencijalno usmjeravanje također se može provesti u različitim slojevima signala, ali to se općenito ne preporučuje, jer razlike kao što su impedancija i rupe u različitim slojevima mogu uništiti učinak prijenosa diferencijalnog načina rada i unijeti šum zajedničkog moda. Osim toga, ako dva susjedna sloja nisu čvrsto povezana, sposobnost diferencijalnog usmjeravanja da se odupre šumu bit će smanjena, ali preslušavanje ne predstavlja problem ako se održava odgovarajući razmak s okolnim usmjeravanjem. Općenito, frekvencija (ispod GHz) EMI neće predstavljati ozbiljan problem. Eksperimenti pokazuju da je slabljenje energije zračenja diferencijalnih vodova na udaljenosti od 500 milja dalje od 3 metra doseglo 60 dB, što je dovoljno da zadovolji standard elektromagnetnog zračenja FCC -a. Stoga se dizajneri ne trebaju previše brinuti oko elektromagnetske nekompatibilnosti uzrokovane nedovoljnom spregom diferencijalnih vodova.

3. serpentina

U Layout -u se često koristi zmijolika linija. Njegova je glavna svrha prilagoditi vremensko kašnjenje i ispuniti zahtjeve projektiranja vremena sustava. Dizajneri bi prvo trebali shvatiti da će zmijolika žica uništiti kvalitetu signala, promijeniti kašnjenje prijenosa i treba ih izbjegavati pri ožičenju. Međutim, u praktičnom dizajnu, kako bi se osiguralo dovoljno vremena zadržavanja signala ili smanjilo odstupanje vremena između iste skupine signala, namotavanje se mora namjerno provesti.

Dakle, što serpentina čini za prijenos signala? Na što trebam obratiti pozornost dok hodam linijom? Dva najkritičnija parametra su paralelna duljina spajanja (Lp) i udaljenost spajanja (S), kako je prikazano na Sl. 1-8-21. Očigledno, kada se signal prenosi u zmijolikoj liniji, doći će do spajanja između paralelnih segmenata linije u obliku različitog načina rada. Što je S manji, veći je Lp i veći će biti stupanj spajanja. To može rezultirati smanjenjem kašnjenja prijenosa i značajnim smanjenjem kvalitete signala zbog preslušavanja, kako je opisano u Poglavlju 3 za analizu preslušavanja zajedničkog i diferencijalnog načina rada.

Evo nekoliko savjeta za inženjere rasporeda kada se bave serpentinama:

1. Pokušajte povećati udaljenost (S) paralelnog odsječka, koja je barem veća od 3H. H se odnosi na udaljenost od signalne linije do referentne ravnine. Općenito govoreći, potrebno je uzeti veliku krivulju. Sve dok je S dovoljno velik, učinak spajanja može se gotovo u potpunosti izbjeći.

2. Kada se duljina sprezanja Lp smanji, generirani preslušavanje postići će zasićenje kada se kašnjenje Lp dva puta približi ili premaši vrijeme porasta signala.

3. Kašnjenje prijenosa signala uzrokovano zmijolikom linijom strip-linije ili ugrađenom mikrotrakom manje je od one mikro-trake. Teoretski, vrpca ne utječe na brzinu prijenosa zbog preslušavanja u diferencijalnom načinu rada.

4. Za brze i signalne linije sa strogim zahtjevima u pogledu vremena pokušajte ne hodati po zmijolikim vodovima, osobito na malom području.

5. Zmijoliko usmjeravanje pod bilo kojim kutom često se može usvojiti. C struktura na Sl. 1-8-20 mogu učinkovito smanjiti međusobno povezivanje.

6. U dizajnu PCB-a velike brzine, serpentine nema takozvanu sposobnost filtriranja ili zaštite od smetnji i može samo smanjiti kvalitetu signala, pa se koristi samo za usklađivanje vremena i nema druge svrhe.

7. Ponekad se može razmotriti spiralni namot. Simulacija pokazuje da je njezin učinak bolji od normalnog serpentinskog namota.