Դասավորությունը աշխատանքային գործունեության ամենահիմնական հմտություններից մեկն է PCB դիզայն ինժեներ Էլեկտրագծերի որակը ուղղակիորեն կազդի ամբողջ համակարգի աշխատանքի վրա, գերարագ դիզայնի տեսության մեծ մասը պետք է վերջնականապես իրականացվի և հաստատվի Layout- ի միջոցով, ուստի երևում է, որ էլեկտրագծերը որոշիչ նշանակություն ունեն բարձր արագությամբ PCB նախագծման մեջ: Հետևյալը հաշվի կառնվի, որ իրական լարերը կարող են բախվել որոշ իրավիճակների, վերլուծել դրա ռացիոնալությունը և տալ որոշ ավելի օպտիմիզացված երթուղու ռազմավարություն: Հիմնականում ՝ աջ անկյան գծից, տարբերության գծից, օձի գծից և այլն ՝ երեք ասպեկտներ մշակելու համար:

1. Ուղղանկյուն անցման գիծ

PCB- ի էլեկտրագծերի իրավիճակից խուսափելու համար ընդհանրապես պահանջվում է ուղղանկյուն էլեկտրագծեր և գրեթե դարձել է էլեկտրագծերի որակը չափելու չափանիշներից մեկը, ուստի որքա՞ն ազդեցություն կունենա ազդանշանի փոխանցման վրա ուղղանկյուն էլեկտրագծերը: Սկզբունքորեն, ուղղանկյուն էլեկտրագծերը կփոխեն էլեկտրահաղորդման գծի գծի լայնությունը, ինչը կհանգեցնի դիմադրության անընդհատության: Իրականում, ոչ միայն ուղիղ անկյան գիծը, տոննա անկյունը, սուր անկյունը կարող են առաջացնել դիմադրության փոփոխություններ:

Ազդանշանի վրա ուղղանկյուն հավասարեցման ազդեցությունը հիմնականում արտացոլվում է երեք առումներով. Երկրորդ, դիմադրության անընդհատությունը ազդանշանի արտացոլման պատճառ կդառնա. Երրորդ, EMI- ն ստեղծվում է աջ անկյունի հուշումով:

Հաղորդման գծի աջ անկյունով առաջացած մակաբույծ հզորությունը կարող է հաշվարկվել հետևյալ էմպիրիկ բանաձևով.

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

Վերոնշյալ բանաձևում C- ն վերաբերում է անկյունում համարժեք հզորությանը (pF), W- ը `գծի լայնությանը (դյույմ), εR- ը` միջավայրի դիէլեկտրական կայունությանը, իսկ Z0- ը `փոխանցման բնութագրական դիմադրողականությանը: գիծ. Օրինակ, 4Mils 50 ohm հաղորդման գծի համար (εr 4.3), աջ անկյունի հզորությունը կազմում է մոտ 0.0101pF, իսկ վերելքի ժամանակի տատանումները կարելի է գնահատել.

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

Հաշվարկից երևում է, որ հզորության էֆեկտը, որը բերում է ուղղանկյուն էլեկտրագծերը, չափազանց փոքր է:

Ուղղանկյուն գծի գծի լայնությունը մեծանալուն պես, այս կետում դիմադրողականությունը կնվազի, ուստի կլինի ազդանշանի արտացոլման որոշակի երևույթ: Գծի լայնությունը մեծանալուց հետո մենք կարող ենք հաշվարկել համարժեք դիմադրողականությունը `ըստ հաղորդման հատվածում նշված դիմադրողականության հաշվարկի բանաձևի, այնուհետև արտացոլման գործակիցը հաշվարկել ըստ էմպիրիկ բանաձևի. ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), ընդհանուր ուղղանկյուն էլեկտրագծերը, որոնց հետևանքով դիմադրողականությունը փոխվում է 7%-20%-ի միջև, այնպես որ անդրադարձման առավելագույն գործակիցը կազմում է մոտ 0.1: Ավելին, ինչպես երևում է ստորև նկարից, հաղորդման գծի դիմադրողականությունը W/2 գծի երկարության մեջ փոխվում է նվազագույնի, այնուհետև W/2 անգամ հետո վերականգնում է նորմալ դիմադրությանը: Ամբողջ դիմադրության փոփոխության ժամանակը շատ կարճ է, սովորաբար 10 pps- ի սահմաններում: Նման արագ և փոքր փոփոխությունը գրեթե աննշան է ընդհանուր ազդանշանի փոխանցման համար:

Շատերը նման ընկալում ունեն ուղղանկյուն երթուղու մասին ՝ համարելով, որ ծայրը հեշտությամբ արտանետում կամ ընդունում են էլեկտրամագնիսական ալիքներ և արտադրում EMI, ինչը դարձել է այն պատճառներից մեկը, թե ինչու շատերը կարծում են, որ ուղղանկյուն ուղղորդումը հնարավոր չէ: Այնուամենայնիվ, փորձարկման շատ գործնական արդյունքներ ցույց են տալիս, որ ուղղանկյուն գծից շատ EMI չի արտադրվում, քան ուղիղ գծից: Գուցե գործիքի ներկայիս կատարողականը և փորձարկման մակարդակը սահմանափակում են փորձարկման ճշգրտությունը, բայց գոնե դա ցույց է տալիս, որ ուղղանկյուն գծի ճառագայթումը փոքր է բուն գործիքի չափման սխալից: Ընդհանրապես, աջ անկյունների հավասարեցումն այնքան սարսափելի չէ, որքան կարող էր թվալ: Առնվազն GHz- ից ցածր ծրագրերում ցանկացած ազդեցություն, ինչպիսիք են տարողությունը, արտացոլումը, EMI և այլն, գրեթե չեն արտացոլվում TDR թեստերում: Բարձր արագությամբ PCB- ի նախագծող ինժեները պետք է կենտրոնանա հատակագծի, հզորության/հողի նախագծման, էլեկտրագծերի նախագծման, պերֆորացիայի և այլնի վրա: Չնայած, իհարկե, ուղղանկյուն գծի հետևանքներն այնքան էլ լուրջ չեն, բայց չի կարելի ասել, որ մենք կարող ենք քայլել ուղիղ անկյունով, յուրաքանչյուր լավ ինժեների համար մանրուքներին ուշադրություն հատկացնելը և թվային սխեմաների արագ զարգացումով: , PCB ինժեներները ազդանշանի հաճախականության մշակումը նույնպես կշարունակեն կատարելագործվել `ավելի քան 10 GHZ ՌԴ նախագծման դաշտում, Այս փոքր ուղղանկյուն անկյունները կարող են դառնալ արագընթաց խնդիրների կիզակետը:

2. Տարբերությունը

DifferenTIal ազդանշանը լայնորեն օգտագործվում է բարձր արագությամբ միացման նախագծման մեջ: Շղթայի ամենակարևոր ազդանշանը DifferenTIal ազդանշանի ձևավորումն է: Ինչպե՞ս ապահովել դրա լավ կատարումը PCB նախագծման մեջ: Այս երկու հարցերը նկատի ունենալով ՝ մենք անցնում ենք մեր քննարկման հաջորդ հատվածին:

Ի՞նչ է դիֆերենցիալ ազդանշանը: Պարզ անգլերենով վարորդը ուղարկում է երկու համարժեք և շրջող ազդանշաններ, և ստացողը համեմատում է երկու լարման միջև եղած տարբերությունը ՝ որոշելու համար, թե արդյոք տրամաբանական վիճակը «0» է, թե «1»: Դիֆերենցիալ ազդանշաններ կրող զույգ լարերը կոչվում են դիֆերենցիալ լարեր:

Համեմատած սովորական միակողմանի ազդանշանի ուղղորդման հետ, դիֆերենցիալ ազդանշանն ունի առավել ակնհայտ առավելություններ հետևյալ երեք առումներով.

Ա. Ուժեղ միջամտության ունակություն, քանի որ երկու դիֆերենցիալ գծերի միջև միացումը շատ լավ է, երբ աղմուկի միջամտություն կա, դրանք գրեթե զուգակցվում են միաժամանակ երկու գծի հետ, և ստացողը միայն հոգ է տանում երկու ազդանշանների միջև եղած տարբերության մասին, այնպես որ արտաքին ընդհանուր ռեժիմի աղմուկը կարող է ամբողջությամբ չեղարկվել:

B. Այն կարող է արդյունավետ ճնշել EMI- ն: Նմանապես, քանի որ երկու ազդանշաններ հակառակ բևեռականություն ունեն, դրանցից ճառագայթվող էլեկտրամագնիսական դաշտը կարող է չեղյալ հայտարարել միմյանց: Որքան մոտ է միացումը, այնքան քիչ էլեկտրամագնիսական էներգիա է բաց թողնվում արտաքին աշխարհ:

C. Timամանակի տեղադրումը ճշգրիտ է: Քանի որ դիֆերենցիալ ազդանշանների միացման փոփոխությունը գտնվում է երկու ազդանշանների խաչմերուկում, ի տարբերություն սովորական միակողմանի ազդանշանների, որոնք գնահատվում են բարձր և ցածր շեմային լարումներով, այն ավելի քիչ է ազդվում գործընթացի և ջերմաստիճանի վրա, ինչը կարող է նվազեցնել ժամանակային սխալները և ավելի հարմար է: ցածր ամպլիտուդային ազդանշաններ ունեցող սխեմաների համար: LVDS (ցածր լարման տարբեր ազդանշաններ) վերաբերում է այս փոքր ամպլիտուդային դիֆերենցիալ ազդանշանի տեխնոլոգիային:

PCB ինժեներների համար ամենակարևոր խնդիրն այն է, թե ինչպես ապահովել, որ դիֆերենցիալ երթուղու այս առավելությունները կարող են ամբողջությամբ օգտագործվել իրական երթուղու մեջ: Հավանաբար, քանի դեռ այն կապի մեջ է Layout- ի հետ, մարդիկ կհասկանան դիֆերենցիալ երթուղու ընդհանուր պահանջները, այն է `« հավասար երկարություն, հավասար հեռավորություն »: Իզոմետրիկ է ապահովել, որ երկու դիֆերենցիալ ազդանշանները միշտ պահպանեն հակառակ բևեռականություն, նվազեցնեն ընդհանուր ռեժիմի բաղադրիչը. Իզոմետրիկը հիմնականում նույն դիֆերենցիալ դիմադրությունն ապահովելու, արտացոլումը նվազեցնելու համար է: «Հնարավորինս մոտ» երբեմն տարբերակիչ երթուղու պահանջներից մեկն է: Բայց այս կանոններից ոչ մեկը նախատեսված չէ մեխանիկորեն կիրառելու համար, և շատ ինժեներներ, կարծես, չեն հասկանում բարձր արագությամբ դիֆերենցիալ ազդանշանի բնույթը: Հետևյալը կենտրոնանում է PCB դիֆերենցիալ ազդանշանի նախագծման մի քանի սովորական սխալների վրա:

Սխալ պատկերացում 1. Դիֆերենցիալ ազդանշաններին անհրաժեշտ չէ ստորգետնյա հարթություն որպես հետադարձ հոսքի ուղի, կամ կարծում են, որ դիֆերենցիալ գծերը միմյանց համար ապահովում են հետադարձ հոսքի ուղի: Այս թյուրիմացության պատճառը շփոթված է մակերեսային երևույթի պատճառով, կամ արագաչափ ազդանշանի փոխանցման մեխանիզմը բավական խորը չէ: Ինչպես երևում է Նկ. 1-8-15, Q3 և Q4 տրանզիստորների ճառագայթման հոսանքները համարժեք են և հակառակ, իսկ խաչմերուկում դրանց հոսանքը ճշգրիտ չեղարկում է միմյանց (I1 = 0): Հետևաբար, դիֆերենցիալ սխեման անզգայուն է նմանատիպ գրունտային նախագծերի և աղմուկի այլ ազդանշանների նկատմամբ, որոնք կարող են գոյություն ունենալ էլեկտրասնուցման և ստորգետնյա հարթությունում: Հողային հարթության հետադարձ հոսքի մասնակի չեղարկումը չի նշանակում, որ դիֆերենցիալ սխեման չի վերցնում հղման հարթությունը որպես ազդանշանի վերադարձի ուղի: Իրականում, ազդանշանների հետադարձ հոսքի վերլուծության դեպքում դիֆերենցիալ երթուղու մեխանիզմը նույնն է, ինչ սովորական միակողմանի երթուղու մեխանիզմը, այն է `բարձր

Հաճախականության ազդանշանը միշտ հետ է հոսում շրջանի երկայնքով ՝ ամենափոքր ինդուկտիվությամբ: Ամենամեծ տարբերությունը կայանում է նրանում, որ տարբերության գիծը ոչ միայն կապ ունի գետնին, այլև ունի զուգավորում միմյանց միջև: Ուժեղ միացումը դառնում է հետադարձ հոսքի հիմնական ուղին:

PCB- ի սխեմաների նախագծման դեպքում դիֆերենցիալ լարերի միջև կապը, ընդհանուր առմամբ, փոքր է, սովորաբար կազմում է միացման աստիճանի ընդամենը 10 ~ 20% -ը, իսկ միացման մեծ մասը գետնին է, ուստի դիֆերենցիալ էլեկտրագծերի հիմնական հետադարձ հոսքի ուղին դեռ գոյություն ունի գետնին: Ինքնաթիռ. Տեղական հարթության անընդհատության դեպքում դիֆերենցիալ երթուղիների միջև կապը ապահովում է տարածաշրջանում առանց հետադարձ հարթության հիմնական հետադարձ հոսքի ուղին, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 1-8-17: Չնայած դիֆերենցիալ էլեկտրագծերի վրա տեղեկատու ինքնաթիռի անընդհատության ազդեցությունն այնքան լուրջ չէ, որքան սովորական միակողմանի էլեկտրագծերի վրա, այն դեռ կնվազեցնի դիֆերենցիալ ազդանշանի որակը և կբարձրացնի EMI- ը, որից հնարավորինս պետք է խուսափել: Որոշ դիզայներներ կարծում են, որ դիֆերենցիալ փոխանցման գծի տեղեկատու հարթությունը կարող է հեռացվել `դիֆերենցիալ փոխանցման ընդհանուր ռեժիմի ազդանշանի մի մասը ճնշելու համար, սակայն տեսականորեն այս մոտեցումը ցանկալի չէ: Ինչպե՞ս վերահսկել դիմադրողականությունը: Առանց ընդհանուր ռեժիմի ազդանշանի գրունտի դիմադրողականության օղակի ապահովման, EMI ճառագայթումը կարող է առաջանալ, որն ավելի շատ վնաս է հասցնում, քան օգուտ:

Առասպել 2. Հավասար տարածության պահպանումն ավելի կարևոր է, քան գծի երկարությանը համապատասխանելը: PCB- ի իրական էլեկտրագծերում հաճախ չի կարողանում բավարարել դիֆերենցիալ դիզայնի պահանջները: Քորոցների, անցքերի և լարերի տարածման և այլ գործոնների բաշխման պատճառով անհրաժեշտ է հասնել համապատասխան ոլորուն միջոցով գծերի երկարության համապատասխանեցման նպատակին, բայց արդյունքն անխուսափելի է, որ տարբերության զույգի մի մասը չի կարող զուգահեռ լինել, այս պահին, ինչպես ընտրել? Նախքան եզրակացություններ անելը, եկեք նայենք հետևյալ մոդելավորման արդյունքներին: Վերևի մոդելավորման արդյունքներից երևում է, որ 1 -ին և 2 -րդ սխեմայի ալիքի ձևերը գրեթե համընկնում են, այսինքն ՝ անհավասար տարածությունների ազդեցությունը նվազագույն է, իսկ գծերի երկարության անհամապատասխանության ազդեցությունը շատ ավելի մեծ է ժամանակի հաջորդականության վրա (սխեմա 3) . Տեսական վերլուծության տեսանկյունից, թեև անհամապատասխան տարածությունը կհանգեցնի տարբերության դիմադրողականության փոփոխություններին, բայց քանի որ տարբերության զույգի միջև զուգավորումն ինքնին էական չէ, ուստի դիմադրության փոփոխությունների շրջանակը նույնպես շատ փոքր է, սովորաբար 10%-ի սահմաններում, միայն համարժեք դեպի անցք, որն առաջացել է անցքից, որը էական ազդեցություն չի ունենա ազդանշանի փոխանցման վրա: Երբ գծի երկարությունը անհամապատասխան է, բացի ժամանակի հաջորդականության փոխհատուցումից, դիֆերենցիալ ազդանշանի մեջ ներդրվում են ընդհանուր ռեժիմի բաղադրիչներ, ինչը նվազեցնում է ազդանշանի որակը և մեծացնում EMI- ն:

Կարելի է ասել, որ PCB- ի դիֆերենցիալ էլեկտրագծերի նախագծման ամենակարևոր կանոնը գծի երկարությանը համապատասխանելն է, իսկ մյուս կանոնները կարող են ճկուն մշակվել `համաձայն նախագծման պահանջների և գործնական կիրառումների:

Թյուրըմբռնում երրորդ. Մտածեք, որ տարբերության գիծը պետք է հիմնված լինի շատ մոտ: Տարբերության գծերը միմյանց մոտ պահելու իմաստը ոչ այլ ինչ է, քան դրանց միացումն ավելացնելու `աղմուկի նկատմամբ իմունիտետը բարձրացնելու և արտաքին աշխարհից էլեկտրամագնիսական միջամտությունը չեղարկելու համար մագնիսական դաշտի հակառակ բևեռայնությունից օգտվելու համար: Չնայած այս մոտեցումը շատ դեպքերում շատ բարենպաստ է, այն բացարձակ չէ: Եթե ​​դրանք կարող են լիովին պաշտպանվել արտաքին միջամտությունից, ապա մենք կարիք չունենք այլևս միմյանց հետ ուժեղ կապի միջոցով հասնել միջամտության և EMI- ի ճնշման նպատակին: Ինչպե՞ս ապահովել, որ դիֆերենցիալ երթուղին ունի լավ մեկուսացում և պաշտպանություն: Տողերի և այլ ազդանշանների միջև հեռավորության մեծացումը ամենահիմնական եղանակներից մեկն է: Էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգիան նվազում է հեռավորության քառակուսի հարաբերակցության հետ: Ընդհանրապես, երբ գծերի միջև հեռավորությունը 4 անգամ գերազանցում է գծի լայնությունը, նրանց միջև միջամտությունը չափազանց թույլ է և կարող է հիմնականում անտեսվել: Բացի այդ, ստորերկրյա հարթության միջոցով մեկուսացումը կարող է նաև ապահովել լավ պաշտպանական ազդեցություն: Այս կառույցը հաճախ օգտագործվում է բարձր հաճախականությամբ (10G- ից բարձր) IC փաթեթավորված PCB նախագծերում, որոնք հայտնի են որպես CPW կառուցվածք, ապահովելու համար դիֆերենցիալ դիմադրության խիստ հսկողություն (2Z0), Նկ. 1-8-19.

Դիֆերենցիալ ուղղորդումը կարող է իրականացվել նաև ազդանշանի տարբեր շերտերում, սակայն դա ընդհանուր առմամբ խորհուրդ չի տրվում, քանի որ տարբերությունները, ինչպիսիք են ՝ դիմադրողականությունը և տարբեր շերտերի անցքերի միջով, կարող են ոչնչացնել դիֆերենցիալ ռեժիմի փոխանցման էֆեկտը և ներկայացնել ընդհանուր ռեժիմի աղմուկ: Բացի այդ, եթե երկու հարակից շերտերը սերտորեն միացված չեն, աղմուկին դիմակայելու դիֆերենցիալ երթուղու ունակությունը կնվազի, բայց խաչմերուկը խնդիր չէ, եթե շրջակայքի հետ համապատասխան տարածությունը պահպանվի: Ընդհանուր հաճախականությամբ (ԳՀց -ից ցածր) EMI- ն լուրջ խնդիր չի լինի: Փորձերը ցույց են տալիս, որ դիֆերենցիալ գծերի ճառագայթային էներգիայի թուլացումը 500 մղոն 3 մետրից ավելի հեռավորության վրա հասել է 60 դԲ -ի, ինչը բավարար է FCC- ի ճառագայթման ELECTROMAGNETIC ստանդարտին համապատասխանելու համար: Հետևաբար, դիզայներները կարիք չունեն չափազանց անհանգստանալու դիֆերենցիալ գծերի անբավարար զուգավորումից առաջացած էլեկտրամագնիսական անհամատեղելիության համար:

3. խարդախ

Հատակագծում հաճախ օգտագործվում է օձի գիծ: Դրա հիմնական նպատակն է հարմարեցնել ժամանակի ուշացումը և բավարարել համակարգի ժամանակի նախագծման պահանջները: Դիզայներները նախ պետք է հասկանան, որ օձաձև մետաղալարը կկործանի ազդանշանի որակը, կփոխի փոխանցման հետաձգումը և պետք է խուսափել միացման ժամանակ: Այնուամենայնիվ, գործնական նախագծման մեջ ազդանշանների պահման բավարար ժամանակ ապահովելու կամ նույն խմբի ազդանշանների միջև ժամանակի փոխհատուցումը նվազեցնելու համար ոլորումը պետք է միտումնավոր իրականացվի:

Այսպիսով, ի՞նչ է անում օձը ազդանշան փոխանցելու համար: Ինչի՞ն պետք է ուշադրություն դարձնեմ գծով քայլելիս: Երկու ամենակարևոր պարամետրերն են զուգահեռ զուգավորման երկարությունը (Lp) և միացման հեռավորությունը (S), ինչպես ցույց է տրված Նկ. 1-8-21: Ակնհայտ է, որ երբ ազդանշանը փոխանցվում է օձաձև գծով, զուգահեռ գծերի հատվածների միջև կլինի զուգավորում ՝ տարբերության ռեժիմի տեսքով: Որքան փոքր է S- ն, այնքան մեծ է Lp- ն, և այնքան մեծ կլինի զուգավորման աստիճանը: Սա կարող է հանգեցնել փոխանցման հետաձգումների կրճատման և ազդանշանի որակի էական նվազմանը խաչմերուկի պատճառով, ինչպես նկարագրված է 3 -րդ գլխում `ընդհանուր ռեժիմի և դիֆերենցիալ ռեժիմի խաչմերուկի վերլուծության համար:

Ահա որոշ խորհուրդներ դասավորության ինժեներների համար, երբ զբաղվում են օձերի հետ.

1. Փորձեք մեծացնել զուգահեռ գծի հատվածի հեռավորությունը (S), որը առնվազն 3H- ից մեծ է: H- ը վերաբերում է ազդանշանային գծից մինչև հղման հարթություն հեռավորությանը: Ընդհանրապես, դա մեծ կորություն վերցնելն է: Քանի դեռ S- ը բավականաչափ մեծ է, միացման էֆեկտից կարելի է գրեթե ամբողջությամբ խուսափել:

2. Երբ զուգավորման Lp- ն կրճատվում է, առաջացած խաչմերուկը կհագեցնի հագեցման, երբ Lp- ի հետաձգումը երկու անգամ մոտենա կամ գերազանցի ազդանշանի բարձրացման ժամանակը:

3. Ազդանշանի փոխանցման հետաձգումը, որն առաջանում է օձի նման գծի գծի կամ Ներկառուցված միկրո-շերտի պատճառով, ավելի փոքր է, քան միկրո-ժապավենը: Տեսականորեն, ժապավենի գիծը չի ազդում փոխանցման արագության վրա `դիֆերենցիալ ռեժիմի խաչմերուկի պատճառով:

4. Արագ և ազդանշանային գծերի համար, որոնք ժամանակի վերաբերյալ խիստ պահանջներ ունեն, փորձեք չքայլել օձաձև գծերով, հատկապես փոքր տարածքում:

5. Օձի ուղղորդումը ցանկացած անկյան տակ հաճախ կարող է ընդունվել: C կառուցվածքը Նկ. 1-8-20-ը կարող է արդյունավետորեն նվազեցնել միմյանց միջև կապը:

6. PCB- ի գերարագ նախագծման ժամանակ օձը չունի այսպես կոչված զտման կամ միջամտության ունակություն և կարող է միայն նվազեցնել ազդանշանի որակը, ուստի այն օգտագործվում է միայն ժամանակի համապատասխանեցման համար և ոչ մի այլ նպատակով:

7. Երբեմն պարուրաձեւ ոլորուն կարելի է համարել: Սիմուլյացիան ցույց է տալիս, որ դրա ազդեցությունն ավելի լավ է, քան սովորական օձի ոլորուն: