Dengan peningkatan kecepatan switching keluaran sirkuit terpadu dan Papan PCB density, Signal Integrity has become one of the issues that must be concerned in high-speed digital PCB design. The parameters of components and PCB board, the layout of components on PCB board, the wiring of high-speed Signal line and other factors, Can cause problems with signal integrity.

For PCB layouts, signal integrity requires a board layout that does not affect signal timing or voltage, while for circuit wiring, signal integrity requires termination elements, layout strategies, and wiring information. Kecepatan sinyal tinggi pada PCB, penempatan komponen ujung yang salah, atau pengkabelan sinyal berkecepatan tinggi yang salah dapat menyebabkan masalah integritas sinyal, yang dapat menyebabkan sistem mengeluarkan data yang salah, rangkaian tidak berfungsi dengan benar atau tidak berfungsi sama sekali. Bagaimana mempertimbangkan integritas sinyal dan mengambil tindakan pengendalian yang efektif dalam desain PCB telah menjadi topik hangat di industri desain PCB.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. Sebaliknya, ketika sinyal tidak merespon dengan baik, ada masalah integritas sinyal. Masalah integritas sinyal dapat menyebabkan atau secara langsung menyebabkan distorsi sinyal, kesalahan waktu, data yang salah, alamat dan jalur kontrol, dan sistem yang salah operasi, atau bahkan sistem crash. Dalam proses praktik desain PCB, orang telah mengumpulkan banyak aturan desain PCB. Dalam desain PCB, integritas sinyal PCB dapat dicapai dengan lebih baik dengan mengacu pada aturan desain ini secara hati-hati.

Saat mendesain PCB, pertama-tama kita harus memahami informasi desain seluruh papan sirkuit, yang terutama meliputi:

1. The number of devices, device size, device package, chip rate, whether PCB is divided into low speed, medium speed and high speed area, which is the interface input and output area;

2. The overall layout requirements, device layout location, whether there is a high power device, chip device heat dissipation special requirements;

3. Jenis jalur sinyal, kecepatan dan arah transmisi, persyaratan kontrol impedansi jalur sinyal, arah kecepatan bus dan situasi mengemudi, sinyal kunci dan tindakan perlindungan;

4. Jenis catu daya, jenis tanah, persyaratan toleransi kebisingan untuk catu daya dan tanah, pengaturan dan segmentasi catu daya dan bidang tanah;

5. Jenis dan kecepatan garis jam, sumber dan arah garis jam, persyaratan penundaan jam, persyaratan saluran terpanjang.

Desain berlapis PCB

Setelah memahami informasi dasar papan sirkuit, perlu untuk mempertimbangkan persyaratan desain biaya papan sirkuit dan integritas sinyal, dan memilih jumlah lapisan kabel yang masuk akal. At present, the circuit board has gradually developed from single layer, double layer and four layer to more multi-layer circuit board. Multi-layer PCB design can improve the reference surface of signal routing and provide backflow path for signal, which is the main measure to achieve good signal integrity. When designing PCB layering, follow the following rules:

1. Bidang acuan sebaiknya bidang dasar. Baik catu daya dan bidang tanah dapat digunakan sebagai bidang referensi, dan keduanya memiliki fungsi pelindung tertentu. Namun, efek perisai dari bidang catu daya jauh lebih rendah daripada bidang dasar karena impedansi karakteristiknya yang lebih tinggi dan perbedaan potensial yang lebih besar antara bidang catu daya dan permukaan tanah referensi.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. Jika biaya desain memungkinkan, yang terbaik adalah mengatur sirkuit digital dan analog pada lapisan yang terpisah. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. Daya dan ground analog dan digital harus dipisahkan, tidak boleh dicampur.

3. Perutean sinyal kunci dari lapisan yang berdekatan tidak melintasi area segmentasi. Sinyal akan membentuk loop sinyal besar di seluruh wilayah dan menghasilkan radiasi yang kuat. If the signal cable must cross the area when the ground cable is divided, a single point can be connected between the ground to form a connection bridge between the two ground points, and then the cable can be routed through the connection bridge.

4. Harus ada bidang tanah yang relatif lengkap di bawah permukaan komponen. Integritas bidang tanah harus dipertahankan sejauh mungkin untuk pelat multilayer. Biasanya tidak ada jalur sinyal yang diizinkan untuk berjalan di ground plane.

5, frekuensi tinggi, kecepatan tinggi, jam dan jalur sinyal kunci lainnya harus memiliki bidang tanah yang berdekatan. In this way, the distance between signal line and ground line is only the distance between PCB layers, so the actual current always flows in the ground line directly below the signal line, forming the smallest signal loop area and reducing radiation.

How to design the signal of integrity PCB

PCB layout design

Kunci dari desain integritas sinyal papan cetak adalah tata letak dan pengkabelan, yang secara langsung berkaitan dengan kinerja PCB. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. Jika PCB terlalu besar dan terdistribusi, saluran transmisi mungkin sangat panjang, menghasilkan peningkatan impedansi, pengurangan resistensi kebisingan, dan peningkatan biaya. Jika komponen ditempatkan bersama-sama, pembuangan panas buruk, dan crosstalk kopling dapat terjadi pada kabel yang berdekatan. Oleh karena itu, tata letak harus didasarkan pada unit fungsional sirkuit, dengan mempertimbangkan kompatibilitas elektromagnetik, disipasi panas, dan faktor antarmuka.

Saat meletakkan PCB dengan sinyal digital dan analog campuran, jangan mencampur sinyal digital dan analog. Jika sinyal analog dan digital harus dicampur, pastikan untuk berbaris secara vertikal untuk mengurangi efek kopling silang. Sirkuit digital, sirkuit analog, dan sirkuit penghasil kebisingan pada papan sirkuit harus dipisahkan, dan sirkuit sensitif harus dirutekan terlebih dahulu, dan jalur kopling antara sirkuit harus dihilangkan. Secara khusus, pertimbangkan jam, reset dan jalur interupsi, jangan sejajarkan jalur ini dengan jalur sakelar arus tinggi, jika tidak, mudah rusak oleh sinyal kopling elektromagnetik, yang menyebabkan reset atau interupsi yang tidak terduga. The overall layout should follow the following principles:

1. Tata letak partisi fungsional, rangkaian analog dan rangkaian digital pada PCB harus memiliki tata ruang yang berbeda.

2. Menurut proses sinyal sirkuit untuk mengatur unit sirkuit fungsional, sehingga aliran sinyal mempertahankan arah yang sama.

3. Take the core components of each functional circuit unit as the center, and other components are arranged around it.

4. Shorten the connection between high-frequency components as much as possible and try to reduce their distribution parameters.

5. Komponen yang mudah terganggu tidak boleh terlalu dekat satu sama lain, komponen input dan output harus berjauhan.

How to design the signal of integrity PCB

desain kabel PCB

Semua jalur sinyal harus diklasifikasikan sebelum kabel PCB. First of all, clock line, sensitive signal line, and then high-speed signal line, in order to ensure that this kind of signal through the hole is enough, distribution parameters of good characteristics, and then general unimportant signal line.

Incompatible signal lines should be far away from each other and do not parallel wiring, such as digital and analog, high speed and low speed, high current and small current, high voltage and low voltage. Kabel sinyal pada lapisan yang berbeda harus dirutekan secara vertikal satu sama lain untuk mengurangi crosstalk. Susunan jalur sinyal paling baik diatur menurut arah aliran sinyal. Garis sinyal output dari suatu rangkaian tidak boleh dilacak kembali ke area garis sinyal input. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. Pada panel ganda, jika perlu, kabel arde isolasi dapat ditambahkan di kedua sisi jalur sinyal berkecepatan tinggi. Semua garis jam berkecepatan tinggi pada papan multilayer harus dilindungi sesuai dengan panjang garis jam.

Prinsip umum untuk pemasangan kabel adalah:

1. Sejauh mungkin untuk memilih desain kabel kepadatan rendah, dan kabel sinyal sejauh mungkin ketebalan yang konsisten, kondusif untuk pencocokan impedansi. Untuk sirkuit rf, desain arah garis sinyal, lebar dan jarak garis yang tidak masuk akal dapat menyebabkan interferensi silang antara saluran transmisi sinyal.

2. Sedapat mungkin hindari kabel input dan output yang berdekatan dan kabel paralel jarak jauh. Untuk mengurangi crosstalk dari jalur sinyal paralel, jarak antara jalur sinyal dapat ditingkatkan, atau sabuk isolasi dapat dimasukkan di antara jalur sinyal.

3. Lebar garis pada PCB harus seragam dan tidak terjadi mutasi lebar garis. Tekuk kabel PCB tidak boleh menggunakan sudut 90 derajat, harus menggunakan busur atau Sudut 135 derajat, sejauh mungkin untuk menjaga kontinuitas impedansi saluran.

4. Minimize the area of the current loop. The external radiation intensity of current-carrying circuit is proportional to the current passing through, the loop area and the square of signal frequency. Reducing the current loop area can reduce the ELECTROMAGNETIC interference of PCB.

5. Sedapat mungkin mengurangi panjang kawat, menambah lebar kawat, kondusif untuk mengurangi impedansi kawat.

6. Untuk sinyal kontrol sakelar, jumlah kabel PCB SIGNAL yang mengubah status pada saat yang sama harus dikurangi sejauh mungkin.