Az elrendezés az egyik legalapvetőbb munkakészség NYÁK tervezés mérnök. A huzalozás minősége közvetlenül befolyásolja az egész rendszer teljesítményét, a nagysebességű tervezési elmélet nagy részét végre kell megvalósítania és ellenőriznie kell a Layout-nak, így látható, hogy a huzalozás döntő fontosságú a nagy sebességű NYÁK-tervezésben. Az alábbiakban figyelembe vesszük a tényleges huzalozást, amely bizonyos helyzetekkel szembesül, ésszerűségének elemzése, és néhány optimalizált útválasztási stratégiát ad. Főként a jobb oldali szögvonalból, a különbségvonalból, a kígyóvonalból és így tovább három aspektusból.

1. Téglalap alakú vonal

A derékszögű huzalozás általában szükséges a PCB-vezetékek helyzetének elkerülése érdekében, és szinte a szabványok egyikévé vált a vezetékek minőségének mérésére, tehát mekkora hatással lesz a derékszögű huzalozás a jelátvitelre? Elvileg a derékszögű huzalozás megváltoztatja az átviteli vezeték szélességét, ami impedancia-megszakítást eredményez. Valójában nemcsak a derékszög, a tonna szög, az éles szögvonal okozhat impedanciaváltozásokat.

A derékszögű igazításnak a jelre gyakorolt ​​hatása főleg három aspektusban tükröződik: először is, a sarok egyenértékű lehet a távvezeték kapacitív terhelésével, lassítva az emelkedési időt; Másodszor, az impedancia megszakítása jelvisszaverődést okoz; Harmadszor, a derékszögű csúcs által generált EMI.

A távvezeték derékszöge által okozott parazitakapacitást a következő empirikus képlet segítségével lehet kiszámítani:

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

A fenti képletben C a sarkon lévő egyenértékű kapacitásra (pF), W a vonal szélességére (hüvelyk), ε R a közeg dielektromos állandójára és Z0 az átvitel jellemző impedanciájára utal. vonal. Például egy 4Mils 50 ohmos távvezeték (εr 4.3) esetén a derékszög kapacitása körülbelül 0.0101 pF, és az emelkedési idő változása becsülhető:

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

A számításból látható, hogy a derékszögű huzalozás által keltett kapacitáshatás rendkívül kicsi.

A derékszögű vonal szélességének növekedésével az impedancia ezen a ponton csökken, így bizonyos jelvisszaverődési jelenség lesz. Az egyenértékű impedanciát a vezeték szélességének növekedése után kiszámíthatjuk az átviteli vezetékek szakaszban említett impedancia -számítási képlet szerint, majd a visszaverődési együtthatót az empirikus képlet szerint számolhatjuk: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), az általános derékszögű huzalozás 7%-20%közötti impedanciaváltozást eredményez, így a maximális visszaverődési együttható körülbelül 0.1. Ezenkívül, amint az az alábbi ábrán is látható, a távvezeték impedanciája a minimálisra változik a W/2 vonal hosszában, majd a W/2 idő után visszaáll a normál impedanciára. Az egész impedanciaváltás ideje nagyon rövid, általában 10 másodpercen belül. Egy ilyen gyors és kicsi változás szinte elhanyagolható az általános jelátvitel szempontjából.

Sok embernek van ilyen megértése a derékszögű útválasztásról, hisz abban, hogy a hegy könnyen kibocsát vagy elektromágneses hullámokat fogad és EMI-t állít elő, ami az egyik oka annak, hogy sokan úgy gondolják, hogy a derékszögű útválasztás nem lehetséges. Azonban sok gyakorlati teszteredmény azt mutatja, hogy a derékszögű vonal nem sok EMI-t eredményez, mint az egyenes. Talán a műszer jelenlegi teljesítménye és vizsgálati szintje korlátozza a vizsgálat pontosságát, de legalább azt mutatja, hogy a derékszögű vonal sugárzása kisebb, mint maga a műszer mérési hibája. Általában a derékszögű igazítás nem olyan szörnyű, mint amilyennek látszik. Legalábbis a GHz alatti alkalmazásokban a TDR tesztek szinte nem tükrözik az olyan hatásokat, mint a kapacitás, a visszaverődés, az EMI stb. A nagy sebességű NYÁK tervezőmérnökének az elrendezésre, a tápellátás/földtervezésre, a huzalozás kialakítására, a perforációra stb. Bár a téglalap alakú vonal hatása természetesen nem túl komoly, de nem azt jelenti, hogy egyenes szögben tudunk járni, a részletekre való odafigyelés minden jó mérnök alapvető tulajdonsága, és a digitális áramkörök gyors fejlődésével , A PCB mérnökök a jelfrekvencia feldolgozását is tovább javítják, több mint 10 GHZ RF tervezési területen, Ezek a kis derékszögek a nagy sebességű problémák középpontjába kerülhetnek.

2. Különbség

A DifferenTIal Signal széles körben használatos a nagy sebességű áramkörök tervezésében. Az áramkör legfontosabb jele a DifferenTIal Signal Design. Hogyan lehet biztosítani jó teljesítményét a NYÁK -tervezésben? Ezt a két kérdést szem előtt tartva folytatjuk a vita következő részét.

Mi az a differenciáljel? Egyszerű angol nyelven a meghajtó két egyenértékű és fordított jelet küld, és a vevő összehasonlítja a két feszültség közötti különbséget annak megállapítása érdekében, hogy a logikai állapot „0” vagy „1”. A differenciáljeleket hordozó vezetékpárt differenciálhuzalnak nevezzük.

A szokásos egyvégű jeltovábbításhoz képest a differenciális jel a következő három szempontból a legnyilvánvalóbb előnyökkel rendelkezik:

A. Erős interferencia-képesség, mivel a két differenciálvonal közötti csatolás nagyon jó, ha zaj interferencia van, akkor szinte két vonalhoz kapcsolódnak egyszerre, és a vevő csak a két jel közötti különbséggel törődik, így a külső közös módú zaj teljesen megszüntethető.

B. Hatékonyan képes elnyomni az EMI -t. Hasonlóképpen, mivel két jel ellentétes polaritású, az általuk sugárzott elektromágneses mező kiolthatja egymást. Minél közelebb van a csatolás, annál kevesebb elektromágneses energia szabadul fel a külvilág felé.

C. Az időzítés pozicionálása pontos. Mivel a differenciáljelek kapcsolóváltása két jel metszéspontjában helyezkedik el, ellentétben a közönséges egyvégű jelekkel, amelyeket magas és alacsony küszöbfeszültség alapján ítélnek meg, kevésbé befolyásolja a folyamat és a hőmérséklet, ami csökkentheti az időzítési hibákat, és alkalmasabb kis amplitúdójú jelekkel rendelkező áramkörökhöz. Az LVDS (kisfeszültségű differenciáljelzés) erre a kis amplitúdójú differenciáljel -technológiára utal.

A NYÁK -mérnökök számára a legfontosabb gond az, hogyan lehet biztosítani, hogy a differenciális útválasztás ezen előnyei teljes mértékben kihasználhatók legyenek a tényleges útválasztásban. Talán amíg az elrendezéssel érintkezik, az emberek megértik a differenciális útválasztás általános követelményeit, azaz „egyenlő hosszúságú, egyenlő távolságú”. Az izometrikus biztosítja, hogy a két differenciáljel mindig ellentétes polaritású legyen, csökkentse a közös módú komponenst; Az izometrikus elsősorban ugyanazt a differenciális impedanciát biztosítja, csökkenti a tükröződést. A „lehető legközelebb” néha a differenciális útválasztás egyik követelménye. De ezek közül a szabályok közül egyiket sem kell mechanikusan alkalmazni, és úgy tűnik, hogy sok mérnök nem érti a nagy sebességű differenciáljelzés természetét. Az alábbiakban a PCB differenciáljel tervezésének számos gyakori hibájára összpontosítunk.

1. tévhit: A differenciáljeleknek nincs szükségük földi síkra, mint visszaáramlási útvonalra, vagy úgy gondolják, hogy a differenciálvonalak biztosítják egymásnak a visszafolyási utat. Ennek a félreértésnek az okát zavarja a felszíni jelenség, vagy a nagy sebességű jelátvitel mechanizmusa nem elég mély. Amint az a 1. ábra fogadóvégének szerkezetéből látható. Az 8-15-3. Ábrákon látható, hogy a Q4 és Q1 tranzisztorok emitteráramai egyenértékűek és ellentétesek, és a csomóponton levő áramuk pontosan eltörik egymást (I0 = XNUMX). Ezért a differenciáláramkör érzéketlen a hasonló földi lövedékekre és egyéb zajjelekre, amelyek a tápegységben és a földi síkban előfordulhatnak. A földsík részleges visszaáramlásának megszüntetése nem jelenti azt, hogy a differenciál áramkör nem veszi a referenciasíkot a jel visszatérési útjaként. Valójában a jel visszaáramlás elemzésében a differenciális útválasztás mechanizmusa megegyezik a szokásos egyvégű útválasztás mechanizmusával, nevezetesen magas

A frekvenciajel mindig a legkisebb induktivitással áramlik vissza az áramkör mentén. A legnagyobb különbség abban rejlik, hogy a differenciálvonal nemcsak a földhöz, hanem egymáshoz is kapcsolódik. Az erős tengelykapcsoló lesz a fő visszaáramlási út.

A NYÁK -áramkör kialakításában a differenciálhuzalozás közötti csatolás általában kicsi, általában a csatolási fok 10-20% -át teszi ki, és a csatlakozás nagy része a földhöz van kötve, így a differenciálhuzalozás fő visszaáramlási útja még mindig létezik a földben repülőgép. A helyi sík megszakítása esetén a differenciális útvonalak közötti csatolás biztosítja a fő visszaáramlási utat a referenciasík nélküli régióban, amint az az 1. ábrán látható. 8-17-XNUMX. Bár a referenciasík megszakításának hatása a differenciál vezetékekre nem olyan súlyos, mint a közönséges egyvégű huzalozásé, mégis rontja a differenciáljel minőségét és növeli az EMI-t, amit lehetőleg el kell kerülni. Egyes tervezők úgy vélik, hogy a differenciális átviteli vonal referenciasíkja eltávolítható, hogy elnyomja a közös módú jel egy részét a differenciális átvitelben, de elméletileg ez a megközelítés nem kívánatos. Hogyan lehet szabályozni az impedanciát? Anélkül, hogy földi impedancia hurkot biztosítanánk a közös módú jelhez, az EMI sugárzást mindenképpen okozni kell, ami több kárt okoz, mint hasznot.

2. tévhit: Az egyenlő távolság fenntartása fontosabb, mint a vonalhossz illesztése. A tényleges NYÁK -vezetékeknél gyakran nem képes megfelelni a differenciál kialakítás követelményeinek. A csapok, lyukak, huzalozási helyek és egyéb tényezők eloszlása ​​miatt szükséges a vonalhossz -illesztés céljának elérése megfelelő tekercseléssel, de az eredmény elkerülhetetlenül része a különbségpárnak, amely jelenleg nem lehet párhuzamos, választani? Mielőtt következtetéseket vonnánk le, nézzük meg a következő szimulációs eredményeket. A fenti szimulációs eredményekből látható, hogy az 1. és a 2. séma hullámformái majdnem egybeesnek, vagyis az egyenlőtlen távolság hatása minimális, és a vonalhossz -eltérés hatása sokkal nagyobb az időzítési sorrendre (3. ábra) . Az elméleti elemzés szemszögéből, bár az inkonzisztens térköz a differenciális impedancia változásához vezet, de mivel a különbségpár közötti csatolás önmagában nem jelentős, így az impedanciaváltozások tartománya is nagyon kicsi, általában 10%-on belül, csak egyenértékű lyuk okozta visszaverődésre, amely nem lesz jelentős hatással a jelátvitelre. Ha a vonal hossza nem egyezik meg, akkor az idősorozat eltoláson kívül a közös módú komponensek kerülnek a differenciáljelbe, ami csökkenti a jelminőséget és növeli az EMI -t.

Elmondható, hogy a PCB differenciálhuzalozás tervezésének legfontosabb szabálya a vonalhossznak való megfelelés, és más szabályok rugalmasan kezelhetők a tervezési követelményeknek és a gyakorlati alkalmazásoknak megfelelően.

Harmadik tévhit: gondolja, hogy a különbségnek nagyon közel kell támaszkodnia. A különbségvonalak egymás közelében tartásának lényege nem más, mint a csatolás növelése, mind a zajállóságuk javítása, mind pedig a mágneses tér ellentétes polaritásának kihasználása, hogy megszüntessék a külvilág elektromágneses interferenciáját. Bár ez a megközelítés a legtöbb esetben nagyon kedvező, nem abszolút. Ha teljesen megvédhetők a külső beavatkozástól, akkor nincs szükségünk arra, hogy az interferencia-elhárítás és az EMI elnyomásának célját tovább erősítsük egymással. Hogyan lehet biztosítani, hogy a differenciálirányítás jó szigeteléssel és árnyékolással rendelkezzen? A vonalak és más jelek közötti távolság növelése az egyik legalapvetőbb módszer. Az elektromágneses mező energiája a távolság négyzetviszonyával csökken. Általában, ha a vonalak közötti távolság több mint négyszerese a vonal szélességének, a köztük lévő interferencia rendkívül gyenge, és alapvetően figyelmen kívül hagyható. Ezenkívül az alaplapon történő leválasztás jó árnyékoló hatást is biztosíthat. Ezt a szerkezetet gyakran használják nagyfrekvenciás (10G feletti) IC-csomagolású NYÁK-tervekben, CPW szerkezet néven, hogy biztosítsák a szigorú differenciális impedancia szabályozást (2Z0). 1-8-19.

A differenciális útválasztás különböző jelrétegekben is elvégezhető, de ez általában nem ajánlott, mivel az olyan különbségek, mint az impedancia és a különböző rétegekben lévő átmenő lyukak, megsemmisíthetik a differenciál módú átviteli hatást és közös módú zajt hozhatnak létre. Ezenkívül, ha a két szomszédos réteg nincs szorosan összekapcsolva, akkor a differenciálirányítás képessége ellenáll a zajnak, de az áthallás nem jelent problémát, ha megfelelő távolságot tartanak fenn a környező útvonalakkal. Általános frekvencián (GHz alatt) az EMI nem jelent komoly problémát. A kísérletek azt mutatják, hogy a differenciálvonalak sugárzási energiacsillapítása 500 Mils távolságon túl 3 méteren túl elérte a 60 dB -t, ami elég ahhoz, hogy megfeleljen az FCC ELECTROMAGNETIC sugárzási szabványának. Ezért a tervezőknek nem kell túl sokat aggódniuk a differenciálvonalak elégtelen csatolása okozta elektromágneses összeférhetetlenség miatt.

3. szerpentin

Az elrendezésben gyakran kígyózó vonalat használnak. Fő célja, hogy beállítsa az időkésleltetést és megfeleljen a rendszer időzítésének követelményeinek. A tervezőknek először meg kell érteniük, hogy a szerpentin huzal tönkreteszi a jelminőséget, megváltoztatja az átviteli késleltetést, és kerülni kell a huzalozáskor. A gyakorlati tervezés során azonban a jelek kellő tartási idejének biztosítása vagy az azonos jelcsoport közötti időeltolódás csökkentése érdekében szándékosan kell tekercselni.

Tehát mit tesz a szerpentin az átvitel jelzésére? Mire kell figyelni a vonal mentén? A két legkritikusabb paraméter a párhuzamos csatolási hossz (Lp) és a csatolási távolság (S), amint az az 1. ábrán látható. 8-21-XNUMX. Nyilvánvaló, hogy ha a jelet szerpentin vonalban továbbítják, akkor a párhuzamos vonalszegmensek között kapcsolat lesz differenciál módban. Minél kisebb az S, annál nagyobb az Lp, és annál nagyobb lesz a csatolási fok. Ez az átviteli késleltetések csökkenését és a jelminőség jelentős csökkenését eredményezheti az áthallás miatt, amint azt a 3. fejezetben a közös módú és a differenciál módú áthallás elemzésére leírtuk.

Íme néhány tipp az elrendezési mérnököknek a szerpentinek kezelésében:

1. Próbálja meg növelni a párhuzamos vonalszakasz távolságát (S), amely legalább 3H -nál nagyobb. H a jelvonal és a referenciasík közötti távolságra utal. Általánosságban elmondható, hogy nagy görbét kell venni. Amíg S elég nagy, a csatolási hatás szinte teljesen elkerülhető.

2. Amikor az Lp tengelykapcsoló hosszát lecsökkentjük, a generált áthallás eléri a telítettséget, amikor az Lp késleltetése kétszer megközelíti vagy meghaladja a jel emelkedési idejét.

3. A jelátviteli késleltetés, amelyet a kígyószerű vonalvonal vagy a beágyazott mikrocsík okoz, kisebb, mint a mikrocsíké. Elméletileg a szalagvonal nem befolyásolja az átviteli sebességet a differenciál módú áthallás miatt.

4. Nagysebességű és jelzővonalak esetén, amelyek szigorú időzítési követelményeket támasztanak, próbálja meg, hogy ne járjon kígyózó vonalakon, különösen kis területen.

5. A szerpentin útvonalat bármilyen szögben gyakran át lehet venni. Ábra szerinti C szerkezet. 1-8-20 hatékonyan csökkentheti az egymás közötti kapcsolást.

6. A nagysebességű NYÁK-tervezésben a szerpentin nem rendelkezik úgynevezett szűrő- vagy interferencia-képességgel, és csak a jelminőséget csökkentheti, ezért csak az időzítéshez használható, és nincs más célja.

7. Néha spirális tekercselés jöhet szóba. A szimuláció azt mutatja, hogy hatása jobb, mint a normál kígyózó tekercselés.