Layout se youn nan ladrès travay ki pi fondamantal nan PCB konsepsyon enjenyè. Bon jan kalite a nan fil elektrik pral dirèkteman afekte pèfòmans nan tout sistèm lan, pi fò nan teyori a konsepsyon gwo vitès dwe finalman reyalize ak verifye pa Layout, kidonk li ka wè ke fil elektrik se kritik nan konsepsyon PCB segondè-vitès. Sa ki annapre yo pral nan gade nan fil elektrik aktyèl la ka rankontre kèk sitiyasyon, analiz de rationalité li yo, epi bay kèk estrateji routage plis optimize. Sitou soti nan liy lan dwat Angle, liy diferans, liy koulèv ak sou sa twa aspè elabore.

1. Rektangilè ale liy

Dwat-ang fil elektrik jeneralman oblije pou fè pou evite sitiyasyon an nan fil elektrik PCB, e li te prèske vin youn nan estanda yo ki mezire bon jan kalite a nan fil elektrik, se konsa konbyen enpak pral dwat-ang fil elektrik gen sou transmisyon siyal? Nan prensip, fil elektrik ang dwat ap chanje lajè liy transmisyon an, sa ki lakòz enkonvenyans enpedans. An reyalite, se pa sèlman liy Ang dwat, ton Ang, liy Ang egi ka lakòz chanjman enpedans.

Enfliyans nan dwat-ang aliyman sou siyal se sitou reflete nan twa aspè: premye, kwen an ka ekivalan a chaj la kapasitif sou liy lan transmisyon, ralanti tan an monte; Dezyèmman, enkonvenyans enpedans ap lakòz refleksyon siyal; Twazyèmman, EMI ki te pwodwi pa pwent an Angle dwat.

Kapasite nan parazit ki te koze pa Ang dwat la nan liy lan transmisyon ka kalkile pa fòmil sa a anpirik:

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

Nan fòmil ki anwo la a, C refere a kapasite ekivalan nan kwen an (pF), W refere a lajè liy lan (pous), ε R refere a konstan dyelèktrik mwayen an, ak Z0 se enpedans karakteristik transmisyon an. liy. Pou egzanp, pou yon liy transmisyon 4Mils 50 ohm (εr 4.3), kapasite nan yon Ang dwat se sou 0.0101pF, ak varyasyon nan tan monte ka estime:

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

Li ka wè nan kalkil la ke efè a kapasite te pote pa ang dwat-fil elektrik trè piti.

Kòm lajè liy lan nan liy dwat-ang ogmante, enpedans la nan pwen sa a ap diminye, se konsa pral gen yon sèten fenomèn refleksyon siyal. Nou ka kalkile enpedans ekivalan a apre lajè liy lan ogmante dapre fòmil kalkil enpedans mansyone nan seksyon liy transmisyon yo, epi kalkile koyefisyan refleksyon an dapre fòmil anpirik la: ρ = (Zs-Z0) / (Zs + Z0), jeneral dwat-ang fil elektrik la ki kapab lakòz enpedans chanjman ant 7% -20%, se konsa koyefisyan refleksyon maksimòm lan se sou 0.1. Anplis, jan yo ka wè nan figi ki anba a, transmisyon liy enpedans la chanje nan minimòm lan nan longè liy W / 2, ak Lè sa a retabli enpedans nòmal la apre W / 2 tan. Tan pou chanjman enpedans antye a trè kout, anjeneral nan 10ps. Tankou yon chanjman vit ak ti prèske neglijab pou transmisyon siyal jeneral la.

Anpil moun gen tankou yon konpreyansyon yo genyen sou ang dwat-routage, kwè ke pwent la se fasil emèt oswa resevwa vag elektwomayetik ak pwodwi EMI, ki te vin youn nan rezon ki fè anpil moun panse ang dwat-routage se pa posib. Sepandan, anpil rezilta tès pratik montre ke liy dwat-ang pa pwodwi anpil EMI pase liy dwat. Petèt pèfòmans enstriman aktyèl la ak nivo tès mete restriksyon sou presizyon nan tès la, men omwen li montre ke radyasyon an nan liy dwat-ang se mwens pase erè a mezi nan enstriman nan tèt li. An jeneral, dwat-ang aliyman se pa tankou terib jan li ta ka sanble. Omwen nan aplikasyon ki anba a GHz, nenpòt efè tankou kapasite, refleksyon, EMI, elatriye yo prèske pa reflete nan tès TDR. Enjenyè nan konsepsyon PCB segondè-vitès ta dwe konsantre sou Layout, konsepsyon pouvwa / tè, konsepsyon fil elektrik, pèforasyon, elatriye. Malgre ke, nan kou, efè yo nan liy rektangilè ale se pa grav anpil, men se pa vle di ke nou ka mache dwat Ang liy, atansyon sou detay se bon jan kalite a esansyèl pou chak enjenyè bon, epi, ak devlopman rapid nan sikwi dijital , Enjenyè PCB pwosesis frekans siyal yo ap kontinye amelyore tou, nan plis pase 10 GHZ jaden konsepsyon RF, Ti ang dwat sa yo ka vin konsantre sou gwo vitès pwoblèm yo.

2. Diferans nan

Siyal Diferansyèl yo itilize lajman nan gwo vitès konsepsyon sikwi. Siyal ki pi enpòtan nan yon sikwi se konsepsyon siyal Diferansyèl. Kouman asire bon pèfòmans li yo nan konsepsyon PCB? Avèk de kesyon sa yo nan tèt ou, nou ale nan pwochen pati nan diskisyon nou an.

Ki sa ki se yon siyal diferans? Nan lang angle klè, chofè a voye de siyal ekivalan ak inverse, ak reseptè a konpare diferans ki genyen ant de tension yo pou detèmine si eta lojik la se “0” oswa “1”. Se pè a nan fil pote siyal diferans ki rele fil diferans.

Konpare ak òdinè sèl-te fini siyal routage, siyal diferans gen avantaj ki pi evidan nan twa aspè sa yo:

A. Bonjan kapasite anti-entèferans, paske kouti ki genyen ant de liy diferans trè bon, lè gen entèferans bri, yo prèske makonnen ak de liy an menm tan, ak reseptè a sèlman gen sousi pou diferans ki genyen ant de siyal yo, Se konsa, ekstèn komen-mòd bri a ka konplètman anile.

B. Li ka efektivman siprime EMI. Menm jan an tou, paske de siyal yo nan polarite opoze, jaden elektwomayetik la gaye pa yo ka anile youn ak lòt. Pi pre kouti a se, mwens enèji elektwomayetik lage nan mond lan deyò.

C. Distribisyon pwezante se egzat. Depi chanjman an nan siyal diferansye sitiye nan entèseksyon an nan de siyal, kontrèman ak komen sèl-te fini siyal ki yo jije pa vòltaj segondè ak ba papòt, li se mwens afekte pa pwosesis ak tanperati, sa ki ka diminye erè distribisyon ak se pi plis apwopriye pou sikwi ak siyal anplitid ki ba. LVDS (ba vòltaj differenTIalsignaling) refere a sa a ti anplitid teknoloji siyal diferans.

Pou enjenyè PCB, enkyetid ki pi enpòtan an se ki jan asire ke avantaj sa yo nan routage diferans ka konplètman itilize nan routage aktyèl la. Petèt osi lontan ke li se an kontak ak Layout moun ki pral konprann kondisyon jeneral yo nan routage diferans, se sa ki “longè egal, distans egal”. Izometrik se asire ke de siyal yo diferans toujou kenbe polarite opoze, diminye eleman nan mòd komen; Izometrik se sitou asire menm enpedans diferans lan, diminye refleksyon. “Kòm fèmen ke posib” se pafwa youn nan kondisyon yo pou routage diferans. Men, pa youn nan règleman sa yo vle di ke yo dwe aplike mekanikman, ak anpil enjenyè pa sanble yo konprann nati a nan gwo vitès siyal diferans. Sa ki anba la a konsantre sou plizyè erè komen nan konsepsyon siyal PCB diferan.

Miskonsepsyon 1: siyal diferans pa bezwen avyon tè kòm chemen backflow, oswa panse ke liy diferans bay chemen backflow pou chak lòt. Se kòz sa a nan enkonpreyansyon konfonn pa fenomèn nan sifas, oswa mekanis nan transmisyon siyal gwo vitès se pa gwo twou san fon ase. Kòm ka wè nan estrikti a nan fen k ap resevwa nan FIG. 1-8-15, kouran yo emeteur nan tranzistò Q3 ak Q4 yo ekivalan ak opoze, ak aktyèl yo nan junction a egzakteman anile youn ak lòt (I1 = 0). Se poutèt sa, kous la diferansye se sansib a projectional tè ki sanble ak lòt siyal bri ki ka egziste nan ekipman pou pouvwa a ak avyon tè. Anilasyon an pati pasyèl nan avyon tè pa vle di ke kous la diferans pa pran avyon an referans kòm chemen an retounen siyal. An reyalite, nan analiz siyal backflow, mekanis nan routage diferans se menm bagay la kòm sa yo ki an òdinè sèl-fen routage, sètadi, segondè

Siyal la frekans toujou ap koule tounen ansanm kous la ak enduktans ki pi piti a. Diferans nan pi gwo manti nan ke liy lan diferans pa sèlman gen kouple nan tè a, men tou, gen kouple ant youn ak lòt. Kouple a fò vin chemen prensipal la backflow.

Nan konsepsyon sikwi PCB, kouple ant fil elektrik diferans lan jeneralman piti, anjeneral kontablite pou sèlman 10 ~ 20% nan degre kouple a, ak pi fò nan kouple a se nan tè a, se konsa chemen prensipal la backflow nan fil elektrik diferans toujou egziste nan tè a. avyon. Nan ka a nan diskontinuite nan avyon lokal la, kouple ki genyen ant wout diferans bay chemen an backflow prensipal nan rejyon an san yo pa avyon referans, jan yo montre nan FIG. 1-8-17. Malgre ke enpak la nan diskontinuite a nan avyon an referans sou fil elektrik diferans pa grav tankou sa yo ki an òdinè sèl-fen fil elektrik, li ap toujou diminye bon jan kalite a nan siyal diferans ak ogmante EMI, ki ta dwe evite osi lwen ke posib. Kèk konsèpteur kwè ke yo ka retire avyon referans liy transmisyon diferans lan pou siprime yon pati nan siyal mòd komen nan transmisyon diferans lan, men teyorikman apwòch sa a pa dezirab. Kouman kontwole enpedans la? San yo pa bay bouk enpedans tè pou siyal komen-mòd, EMI radyasyon se mare yo dwe ki te koze, ki fè plis mal pase bon.

Lejann 2: Kenbe espas egal ki pi enpòtan pase matche longè liy lan. Nan aktyèl fil elektrik PCB la, li souvan kapab satisfè kondisyon ki nan konsepsyon diferans. Akòz distribisyon an nan broch, twou, ak espas fil elektrik ak lòt faktè, li nesesè reyalize bi pou yo longè liy matche nan likidasyon ki apwopriye, men rezilta a se inevitableman yon pati nan pè a diferans pa ka paralèl, nan moman sa a, ki jan chwazi? Anvan nou ale nan konklizyon, kite a pran yon gade nan rezilta sa yo simulation. Li ka wè nan rezilta yo simulation pi wo a ki fòm onn nan konplo 1 ak konplo 2 prèske kowenside, se sa ki vle di, enfliyans nan espas inegal se minim, ak enfliyans nan mismatch longè liy se pi plis sou sekans distribisyon (Scheme 3) . Soti nan pèspektiv nan analiz teyorik, byenke espas ki konsistan ap mennen nan chanjman sa yo enpedans diferans, men paske kouti ki genyen ant pè a diferans tèt li se pa enpòtan, se konsa seri a nan chanjman enpedans tou piti, anjeneral nan lespas 10%, sèlman ekivalan nan yon refleksyon ki te koze pa yon twou, ki pa pral lakòz enpak siyifikatif sou transmisyon siyal. Yon fwa longè liy lan pa depaman, nan adisyon a tan konpansasyon sekans, konpozan mòd komen yo prezante nan siyal la diferans, ki diminye bon jan kalite siyal ak ogmante EMI.

Li ka di ke règ ki pi enpòtan nan konsepsyon fil elektrik PCB diferans se matche ak longè liy lan, ak lòt règleman yo ka fleksib okipe selon kondisyon konsepsyon ak aplikasyon pratik.

Miskonsepsyon twa: panse liy diferans dwe konte sou trè pre. Pwen nan kenbe liy yo diferans fèmen ansanm se pa gen anyen plis pase ogmante kouple yo, tou de amelyore iminite yo nan bri ak pran avantaj de polarite opoze a nan jaden an mayetik anile entèferans elektwomayetik soti nan mond lan deyò. Malgre ke apwòch sa a trè favorab nan pifò ka yo, li pa absoli. Si yo ka konplètman pwoteje soti nan entèferans ekstèn, Lè sa a, nou pa bezwen reyalize bi pou yo anti-entèferans ak EMI repwesyon nan kouple fò youn ak lòt nenpòt ki plis. Kouman asire ke routage diferans gen bon izolasyon ak pwoteksyon? Ogmante distans ki genyen ant liy yo ak lòt siyal se youn nan fason ki pi fondamantal yo. Enèji nan jaden elektwomayetik diminye ak relasyon kare distans la. Anjeneral, lè distans ki genyen ant liy yo se plis pase 4 fwa lajè liy lan, entèferans ki genyen ant yo trè fèb epi yo ka inyore fondamantalman. Anplis de sa, izolasyon an nan avyon an tè kapab tou bay yon efè pwoteksyon bon. Se estrikti sa a souvan itilize nan segondè-frekans (pi wo a 10G) IC pake desen PCB, ke yo rekonèt kòm estrikti a CPW, asire strik kontwòl enpedans diferans (2Z0), FIG. 1-8-19.

Diferansyèl routage kapab tou te pote soti nan kouch siyal diferan, men sa a se jeneralman pa rekòmande, paske diferans tankou enpedans ak nan twou nan kouch diferan ka detwi efè a transmisyon mòd diferans epi prezante komen mòd bri. Anplis de sa, si de kouch yo adjasan yo pa byen makonnen, kapasite nan routage diferansye reziste bri yo pral redwi, men kwazyèr se pa yon pwoblèm si espas apwopriye konsève ak routage ki antoure a. An jeneral frekans (anba GHz), EMI pa pral yon pwoblèm grav. Eksperyans yo montre ke atenuasyon enèji radyasyon nan liy diferans ki genyen ak yon distans 500Mils pi lwen pase 3 mèt te rive nan 60dB, ki se ase pou satisfè estanda radyasyon ELECTROMAGNETIC nan FCC. Se poutèt sa, konsèpteur pa bezwen enkyete twòp sou enkonpatibilite elektwomayetik ki te koze pa kouple ensifizan nan liy diferans.

3. pèrfid

Yon liy serpentin souvan itilize nan Layout. Objektif prensipal li se ajiste reta nan tan ak satisfè kondisyon ki nan konsepsyon distribisyon sistèm. Konsèpteur yo ta dwe premye konprann ke fil serpentin pral detwi bon jan kalite siyal, chanje reta transmisyon, epi yo ta dwe evite lè fil elektrik. Sepandan, nan konsepsyon pratik, yo nan lòd asire ase kenbe tan nan siyal, oswa diminye tan konpanse ant menm gwoup la nan siyal, likidasyon gen yo dwe fè espre te pote soti.

Se konsa, kisa sèpan an fè siyal transmisyon? Ki sa mwen ta dwe peye atansyon sou lè mache liy lan? De paramèt ki pi kritik yo se longè kouple paralèl (Lp) ak distans kouple (S), jan yo montre nan FIG. 1-8-21. Li evidan, lè siyal la transmèt nan liy serpentin, pral gen kouple ant segman liy paralèl nan fòm lan nan mòd diferans. S ki pi piti a se, pi gwo a Lp se, ak pi gwo a degre nan kouti yo pral. Sa ka lakòz reta transmisyon redwi ak yon rediksyon siyifikatif nan bon jan kalite siyal akòz kwazyè, jan sa dekri nan chapit 3 pou analiz la nan mòd komen ak diferans kwazyè mòd.

Men kèk konsèy pou enjenyè Layout lè w ap fè fas ak serpentin:

1. Eseye ogmante distans (S) segman liy paralèl la, ki omwen pi gran pase 3H. H refere a distans ki soti nan liy siyal la nan avyon referans lan. Anjeneral pale, li se pran yon koub gwo. Osi lontan ke S se gwo ase, efè a kouple ka prèske konplètman evite.

2. Lè longè a kouti Lp redwi, kwazyè a pwodwi pral rive nan saturation lè reta a nan Lp de fwa apwòch oswa depase tan an monte siyal.

3. Reta transmisyon siyal la ki te koze pa liy lan koulèv ki tankou nan liy liy oswa Embedded mikwo-teren se pi piti pase sa yo ki an mikwo-teren. Teyorikman, liy lan riban pa afekte pousantaj la transmisyon paske nan mòd diferans kwaze.

4. Pou gwo vitès ak liy siyal ak kondisyon strik sou distribisyon, eseye pa mache liy serpentin, espesyalman nan yon ti zòn.

5. Ka serpentin routage a nan nenpòt ki ang dwe souvan adopte. Estrikti C nan FIG. 1-8-20 ka efektivman diminye kouple ant youn ak lòt.

6. Nan konsepsyon PCB gwo vitès, serpentin pa gen okenn sa yo rele filtraj oswa anti-entèferans kapasite, epi li ka sèlman diminye bon jan kalite siyal, kidonk li se sèlman itilize pou matche distribisyon e pa gen okenn lòt objektif.

7. Pafwa likidasyon espiral ka konsidere. Simulation montre ke efè li pi bon pase likidasyon serpentin nòmal.