Layout se youn nan konpetans travay ki pi fondamantal pou enjenyè konsepsyon PCB. Bon jan kalite a nan fil elektrik la pral dirèkteman afekte pèfòmans nan tout sistèm nan. Pifò nan teyori konsepsyon gwo vitès yo dwe finalman aplike ak verifye atravè Layout. Li ka wè ke fil elektrik trè enpòtan nan gwo vitès PCB konsepsyon. Sa ki annapre yo pral analize rationalité kèk sitiyasyon ki ka rankontre nan fil elektrik aktyèl, epi bay kèk estrateji routage ki pi optimize.

Li se sitou eksplike nan twa aspè: fil elektrik ang dwat, fil elektrik diferans, ak fil elektrik serpentine.

1. Wout ang dwat

Fil elektrik ang dwat se jeneralman yon sitiyasyon ki bezwen evite otank posib nan fil elektrik PCB, epi li te prèske vin youn nan estanda yo pou mezire bon jan kalite a nan fil elektrik. Se konsa, konbyen enfliyans fil elektrik ang dwat la gen sou transmisyon siyal? Nan prensip, wout ang dwat pral chanje lajè liy lan nan liy transmisyon an, sa ki lakòz diskontinuite nan enpedans. An reyalite, pa sèlman wout ang dwat, men tou, kwen ak routage ang egi ka lakòz chanjman enpedans.

Enfliyans wout ang dwat sou siyal la sitou reflete nan twa aspè:

Youn nan se ke kwen an ka ekivalan a chaj la kapasitif sou liy transmisyon an, ki ralanti tan an monte; dezyèm lan se ke diskontinuite a enpedans ap lakòz refleksyon siyal; twazyèm lan se EMI ki te pwodwi pa pwent an ang dwat.

Kapasite parazit ki te koze pa ang dwat liy transmisyon an ka kalkile pa fòmil anpirik sa a:

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

Nan fòmil ki anwo a, C refere a kapasite ekivalan kwen an (inite: pF), W refere a lajè tras la (inite: pous), εr refere a konstan dyelèktrik mwayen an, ak Z0 se enpedans karakteristik. nan liy transmisyon an. Pou egzanp, pou yon liy transmisyon 4Mils 50 ohm (εr se 4.3), kapasite a pote pa yon ang dwat se sou 0.0101pF, ak Lè sa a, chanjman nan tan monte ki te koze pa sa a ka estime:

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

Li ka wè nan kalkil ke efè a kapasite pote pa tras la ang dwat trè piti.

Kòm lajè liy tras ang dwat la ogmante, enpedans la ap diminye, kidonk yon sèten fenomèn refleksyon siyal pral rive. Nou ka kalkile enpedans ekivalan a apre lajè liy lan ogmante dapre fòmil kalkil enpedans ki mansyone nan chapit liy transmisyon an, ak Lè sa a, Kalkile koyefisyan refleksyon an dapre fòmil anpirik la:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Anjeneral, chanjman an enpedans ki te koze pa fil elektrik ang dwat se ant 7% -20%, kidonk koyefisyan nan refleksyon maksimòm se sou 0.1. Anplis, jan yo ka wè nan figi ki anba a, enpedans liy transmisyon an chanje nan minimòm nan longè liy W/2 a, epi retounen nan enpedans nòmal apre tan W/2. Tan an antye chanjman enpedans trè kout, souvan nan 10ps. Anndan, chanjman sa yo rapid ak ti prèske neglijab pou transmisyon siyal jeneral.

Anpil moun gen konpreyansyon sa a sou fil elektrik ang dwat. Yo panse ke pwent la fasil transmèt oswa resevwa onn elektwomayetik ak jenere EMI. Sa a te vin youn nan rezon ki fè anpil moun panse ke fil elektrik ang dwat pa ka achemine. Sepandan, anpil rezilta tès aktyèl yo montre ke tras ang dwat pa pral pwodwi evidan EMI pase liy dwat. Petèt pèfòmans enstriman aktyèl la ak nivo tès la limite presizyon tès la, men omwen li montre yon pwoblèm. Radyasyon fil elektrik dwat-ang lan deja pi piti pase erè mezi enstriman an tèt li.

An jeneral, wout ang dwat la pa terib tankou imajine. Omwen nan aplikasyon ki anba a GHz, nenpòt efè tankou kapasite, refleksyon, EMI, elatriye yo diman reflete nan tès TDR. Enjenyè konsepsyon PCB gwo vitès ta dwe toujou konsantre sou layout, pouvwa / konsepsyon tè, ak konsepsyon fil elektrik. Via twou ak lòt aspè. Natirèlman, byenke enpak fil elektrik ang dwat la pa grav anpil, sa pa vle di ke nou tout ka itilize fil elektrik ang dwat nan tan kap vini an. Atansyon sou detay se bon jan kalite debaz ke chak bon enjenyè dwe genyen. Anplis, ak devlopman rapid nan sikui dijital, PCB frekans siyal la trete pa enjenyè yo ap kontinye ogmante. Nan jaden an nan konsepsyon RF pi wo a 10GHz, ti ang dwat sa yo ka vin konsantre nan pwoblèm gwo vitès.

2. Différentiel routage

Siyal diferans (DifferentialSignal) se pi plis ak plis lajman itilize nan konsepsyon sikwi gwo vitès. Siyal ki pi kritik nan kous la souvan fèt ak yon estrikti diferans. Ki sa ki fè li tèlman popilè? Ki jan asire bon pèfòmans li nan konsepsyon PCB? Avèk de kesyon sa yo, nou ale nan pwochen pati nan diskisyon an.

Ki sa ki se yon siyal diferans? An tèm pwofàn, fen kondwi a voye de siyal egal ak envèse, ak fen k ap resevwa jije eta lojik “0” oswa “1” lè li konpare diferans ki genyen ant de vòltaj yo. Pè tras ki pote siyal diferans yo rele tras diferans.

Konpare ak tras siyal òdinè yon sèl, siyal diferans yo gen avantaj ki pi evidan nan twa aspè sa yo:

a. Bonjan kapasite anti-entèferans, paske kouple ki genyen ant de tras diferans yo trè bon. Lè gen entèferans bri soti nan deyò a, yo prèske makonnen ak de liy yo an menm tan an, ak fen a k ap resevwa sèlman sousye sou diferans ki genyen ant de siyal yo. Se poutèt sa, bri a ekstèn mòd komen ka konplètman anile. b. Li ka efektivman siprime EMI. Pou menm rezon an, akòz polarite opoze de siyal yo, jaden elektwomayetik ki gaye pa yo ka anile youn ak lòt. Pi sere kouple a, mwens enèji elektwomayetik ayere nan mond lan deyò. c. Pozisyon distribisyon an egzat. Paske chanjman an switch nan siyal la diferans ki sitiye nan entèseksyon an nan de siyal yo, kontrèman ak siyal la òdinè sèl-fini, ki depann sou vòltaj yo papòt segondè ak ba detèmine, li se mwens afekte pa pwosesis la ak tanperati, ki ka diminye erè a nan distribisyon an. , Men tou plis apwopriye pou sikui siyal ki ba-anplitid. Aktyèl popilè LVDS (lowvoltagedifferentialsignaling) refere a teknoloji siyal diferans ti anplitid sa a.

Pou enjenyè PCB, enkyetid ki pi se kòman pou asire ke avantaj sa yo nan fil elektrik diferans ka konplètman itilize nan fil kouran ki deyò aktyèl la. Petèt nenpòt moun ki te an kontak ak Layout pral konprann kondisyon jeneral yo nan fil elektrik diferans, se sa ki, “longè egal ak distans egal”. Longè egal a se asire ke de siyal diferans yo kenbe polarite opoze a tout tan epi redwi eleman nan mòd komen; distans la egal se sitou asire ke enpedans yo diferans nan de la yo konsistan epi redwi refleksyon. “Kòm fèmen ke posib” se pafwa youn nan kondisyon yo nan fil elektrik diferans. Men, tout règ sa yo pa itilize pou aplike mekanikman, ak anpil enjenyè sanble yo toujou pa konprann sans nan transmisyon siyal diferans gwo vitès.

Sa ki anba la a konsantre sou plizyè malantandi komen nan konsepsyon siyal diferans PCB.

Enkonpreyansyon 1: Yo kwè ke siyal la diferans pa bezwen yon avyon tè kòm yon chemen retounen, oswa ke tras yo diferans bay yon chemen retounen youn pou lòt. Rezon ki fè enkonpreyansyon sa a se ke yo konfonn pa fenomèn supèrfisyèl, oswa mekanis nan transmisyon siyal gwo vitès se pa gwo twou san fon ase. Li ka wè nan estrikti nan fen k ap resevwa nan Figi 1-8-15 ke kouran yo emeteur nan tranzistò Q3 ak Q4 yo egal ak opoze, ak kouran yo nan tè a egzakteman anile youn ak lòt (I1 = 0), kidonk la sikwi diferans se rebondisman Menm jan ak lòt siyal bri ki ka egziste sou pouvwa a ak avyon tè yo ensansib. Anilasyon an retounen pasyèl nan avyon an tè pa vle di ke kous la diferans pa sèvi ak avyon an referans kòm chemen an retounen siyal. An reyalite, nan analiz la retounen siyal, mekanis nan fil elektrik diferans ak fil elektrik òdinè sèl-fen se menm bagay la, se sa ki, siyal segondè-frekans yo toujou Reflow ansanm bouk la ak enduktans ki pi piti a, diferans nan pi gwo se ke nan adisyon a kouple a nan tè a, liy lan diferans tou gen kouti mityèl. Ki kalite kouple ki fò, ki youn vin chemen prensipal la retounen. Figi 1-8-16 se yon dyagram chema distribisyon jaden jeomayetik siyal yon sèl ak siyal diferans.

Nan konsepsyon sikwi PCB, kouple ki genyen ant tras diferans se jeneralman piti, souvan sèlman kontablite pou 10 a 20% nan degre nan kouple, ak plis se kouple a nan tè a, kidonk chemen an retounen prensipal nan tras la diferans toujou egziste sou tè a. avyon . Lè plan tè a se discontinuous, kouple ki genyen ant tras diferans lan pral bay chemen prensipal la retounen nan zòn nan san yon avyon referans, jan yo montre nan Figi 1-8-17. Malgre ke enfliyans nan diskontinuite nan avyon an referans sou tras la diferans se pa grav tankou sa yo ki nan tras la òdinè sèl-fini, li ap toujou diminye bon jan kalite a nan siyal la diferans ak ogmante EMI, ki ta dwe evite otank posib. . Gen kèk konsèpteur ki kwè ke avyon referans anba tras diferans lan ka retire pou siprime kèk siyal mòd komen nan transmisyon diferans. Sepandan, apwòch sa a pa dezirab nan teyori. Ki jan yo kontwole enpedans la? Pa bay yon bouk enpedans tè pou siyal la mòd komen pral inevitableman lakòz radyasyon EMI. Apwòch sa a fè plis mal pase byen.

Enkonpreyansyon 2: Yo kwè ke kenbe espas egal a pi enpòtan pase longè liy matche. Nan Layout PCB aktyèl, li souvan pa posib satisfè kondisyon yo nan konsepsyon diferans an menm tan an. Akòz egzistans distribisyon zepeng, vias, ak espas fil elektrik, objektif matche longè liy yo dwe reyalize nan likidasyon apwopriye, men rezilta a dwe ke kèk zòn nan pè diferans lan pa ka paralèl. Kisa nou ta dwe fè nan moman sa a? Ki chwa? Anvan yo tire konklizyon, an n pran yon gade nan rezilta simulation sa yo.

Soti nan rezilta simulation ki anwo yo, li ka wè ke fòm ond yo nan Scheme 1 ak Scheme 2 yo prèske konyensidans, sa vle di, enfliyans ki te koze pa espas inegal la se minim. An konparezon, enfliyans nan dezakò nan longè liy lan sou distribisyon an se pi gwo. (Schéma 3). Soti nan analiz teyorik la, byenke espas ki konsistan la pral lakòz enpedans diferans lan chanje, paske kouple ki genyen ant pè diferans lan tèt li pa enpòtan, ranje a chanjman enpedans tou piti anpil, anjeneral nan 10%, ki se sèlman ekivalan a yon sèl pas. . Refleksyon ki te koze pa twou a pa pral gen yon enpak siyifikatif sou transmisyon siyal. Yon fwa longè liy lan pa matche ak, anplis konpanse distribisyon an, eleman mòd komen yo prezante nan siyal diferans lan, ki diminye bon jan kalite a nan siyal la ak ogmante EMI.

Li ka di ke règ ki pi enpòtan nan desen an nan tras diferans PCB se longè liy matche, ak lòt règ yo ka fleksib okipe selon kondisyon konsepsyon ak aplikasyon pratik.

Enkonpreyansyon 3: Panse ke fil elektrik diferans lan dwe trè pre. Kenbe tras diferans lan fèmen pa gen anyen plis pase amelyore kouple yo, ki pa sèlman ka amelyore iminite a bri, men tou, fè tout itilizasyon polarite opoze a nan jaden an mayetik konpanse entèferans elektwomayetik nan mond lan deyò. Malgre ke apwòch sa a trè benefik nan pifò ka yo, li pa absoli. Si nou ka asire yo ke yo konplètman pwoteje kont entèferans ekstèn, Lè sa a, nou pa bezwen sèvi ak kouti fò pou reyalize anti-entèferans. Ak bi pou yo siprime EMI. Ki jan nou ka asire bon izolasyon ak pwoteksyon nan tras diferans? Ogmante espasman an ak lòt tras siyal se youn nan fason ki pi fondamantal. Enèji jaden elektwomayetik la diminye ak kare distans la. Anjeneral, lè espas liy lan depase 4 fwa lajè liy lan, entèferans ki genyen ant yo trè fèb. Ka inyore. Anplis de sa, izolasyon pa avyon an tè ka jwe tou yon bon wòl pwoteksyon. Estrikti sa a souvan itilize nan konsepsyon PCB pake IC segondè-frekans (pi wo pase 10G). Yo rele sa yon estrikti CPW, ki ka asire strik enpedans diferans. Kontwòl (2Z0), jan yo montre nan Figi 1-8-19.

Diferans tras ka tou kouri nan diferan kouch siyal, men metòd sa a jeneralman pa rekòmande, paske diferans ki genyen nan enpedans ak vias ki te pwodwi pa kouch diferan pral detwi efè a nan transmisyon mòd diferans ak prezante bri mòd komen. Anplis de sa, si de kouch yo adjasan yo pa byen sere makonnen, li pral diminye kapasite nan tras diferans lan reziste bri, men si ou ka kenbe yon distans apwopriye soti nan tras yo ki antoure, diafonik se pa yon pwoblèm. Nan frekans jeneral (anba GHz), EMI pa pral yon pwoblèm grav. Eksperyans yo te montre ke diminisyon nan enèji radiasyon nan yon distans de 500 mils soti nan yon tras diferans te rive nan 60 dB nan yon distans de 3 mèt, ki se ase yo satisfè estanda a radyasyon elektwomayetik FCC, kidonk designer a pa bezwen enkyete tou. anpil sou enkonpatibilite elektwomayetik ki te koze pa kouple liy diferans ensifizan.

3. Serpentine liy

Liy koulèv se yon kalite metòd routage ki souvan itilize nan Layout. Objektif prensipal li se ajiste reta a pou satisfè kondisyon konsepsyon distribisyon sistèm yo. Designer a dwe premye gen konpreyansyon sa a: liy serpentine a pral detwi bon jan kalite siyal la, chanje reta transmisyon an, epi eseye evite itilize li lè fil elektrik. Sepandan, nan konsepsyon aktyèl la, yo nan lòd yo asire ke siyal la gen ase tan kenbe, oswa diminye tan an konpanse ant menm gwoup la nan siyal, li se souvan nesesè yo fè espre van fil la.

Se konsa, ki efè liy serpentine a genyen sou transmisyon siyal? Ki sa mwen ta dwe peye atansyon sou lè fil elektrik? De paramèt ki pi enpòtan yo se longè kouple paralèl (Lp) ak distans kouple (S), jan yo montre nan Figi 1-8-21. Li evidan, lè siyal la transmèt sou tras serpentine a, segman liy paralèl yo pral makonnen nan yon mòd diferans. Pi piti S a ak pi gwo Lp a, se pi gwo degre nan kouple. Li ka lakòz reta transmisyon an redwi, epi bon jan kalite siyal la redwi anpil akòz diafonis. Mekanis la ka refere a analiz mòd komen ak diferans mòd nan Chapit 3.

Sa ki anba la yo se kèk sijesyon pou enjenyè Layout lè w ap fè fas ak liy sèpan:

1. Eseye ogmante distans (S) nan segman liy paralèl, omwen pi gran pase 3H, H refere a distans ki soti nan tras siyal la nan avyon referans lan. An tèm pwofàn, li se ale nan yon viraj gwo. Osi lontan ke S gwo ase, efè a kouple mityèl ka prèske konplètman evite. 2. Diminye longè kouple Lp la. Lè doub Lp reta a apwoche oswa depase tan an monte siyal, diafonia ki pwodwi a pral rive nan saturation. 3. Reta transmisyon siyal ki te koze pa liy serpentine Strip-Line la oswa Embedded Micro-band se mwens pase sa yo ki nan Micro-band la. Nan teyori, stripline a pa pral afekte to transmisyon an akòz diferans mòd diferans. 4. Pou liy siyal gwo vitès ak moun ki gen kondisyon distribisyon strik, eseye pa sèvi ak liy serpentine, espesyalman nan ti zòn. 5. Ou ka souvan itilize tras serpentine nan nenpòt ang, tankou estrikti C nan Figi 1-8-20, ki ka efektivman redwi kouple mityèl. 6. Nan konsepsyon PCB gwo vitès, liy lan serpentine pa gen sa yo rele filtraj oswa kapasite anti-entèferans, epi li ka sèlman diminye bon jan kalite a siyal, kidonk li se sèlman itilize pou matche distribisyon epi li pa gen okenn lòt objektif. 7. Pafwa ou ka konsidere routage espiral pou likidasyon. Simulation montre ke efè li pi bon pase nòmal routage serpentine.