Skipulag er ein af grunnvinnufærni PCB hönnunarverkfræðinga. Gæði raflögnarinnar munu hafa bein áhrif á frammistöðu alls kerfisins. Flestar háhraða hönnunarkenningar verða að vera loksins útfærðar og sannreyndar með Layout. Það má sjá að raflögn er mjög mikilvæg í háhraða PCB hönnun. Eftirfarandi mun greina skynsemi sumra aðstæðna sem kunna að koma upp í raunverulegum raflögnum og gefa nokkrar hagkvæmari leiðaraðferðir.

Það er aðallega útskýrt út frá þremur þáttum: rétthyrndum raflögn, mismunadriflagnir og serpentínulagnir.

1. Réttarhorna leið

Réttarhorn raflögn er almennt ástand sem þarf að forðast eins og hægt er í PCB raflögnum og það er næstum orðið einn af stöðlunum til að mæla gæði raflagna. Svo hversu mikil áhrif mun rétthyrndu raflögnin hafa á merkjasendingu? Í grundvallaratriðum mun rétthyrnd leið breyta línubreidd flutningslínunnar, sem veldur ósamfellu í viðnám. Reyndar getur ekki aðeins rétthyrningur, heldur einnig horn- og skamhornsleiðrétting, valdið viðnámsbreytingum.

Áhrif hornlínuleiðar á merkið endurspeglast aðallega í þremur þáttum:

Ein er sú að hornið getur jafngilt rafrýmdinni á flutningslínunni, sem hægir á hækkunartímanum; annað er að ósamfelld viðnám mun valda endurkasti merkja; sá þriðji er EMI sem myndast af rétthyrnda oddinum.

Hægt er að reikna út sníkjurýmdina sem stafar af réttu horni flutningslínunnar með eftirfarandi reynsluformúlu:

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

Í formúlunni hér að ofan vísar C til jafngildrar rýmds hornsins (eining: pF), W vísar til breiddar snefilsins (eining: tommu), εr vísar til rafstuðuls miðilsins og Z0 er einkennandi viðnám. af flutningslínunni. Til dæmis, fyrir 4Mils 50 ohm flutningslínu (εr er 4.3), er rýmd sem fer með rétt horn um 0.0101pF, og þá er hægt að áætla hækkunartímabreytinguna af völdum þessa:

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

Það má sjá með útreikningum að rýmdaráhrifin sem rétthyrningasporið leiðir til eru afar lítil.

Eftir því sem línubreidd rétthyrningssporsins eykst mun viðnámið þar minnka, þannig að ákveðið merki endurkast fyrirbæri verður. Við getum reiknað út jafngilda viðnám eftir að línubreiddin eykst samkvæmt viðnámsútreikningsformúlunni sem nefnd er í kaflanum um flutningslínur og síðan reiknað út endurkaststuðulinn samkvæmt reynsluformúlunni:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Almennt er viðnámsbreytingin af völdum rétthyrndra raflagna á milli 7%-20%, þannig að hámarks endurkaststuðullinn er um 0.1. Þar að auki, eins og sést á myndinni hér að neðan, breytist viðnám flutningslínunnar í lágmark innan lengdar W/2 línunnar og fer síðan aftur í eðlilegt viðnám eftir tíma W/2. Allur viðnámsbreytingartíminn er mjög stuttur, oft innan við 10ps. Að innan eru svo hraðar og litlar breytingar nánast hverfandi fyrir almenna merkjasendingu.

Margir hafa þennan skilning á rétthyrndum raflögnum. Þeir halda að oddurinn sé auðvelt að senda eða taka á móti rafsegulbylgjum og mynda EMI. Þetta er orðin ein af ástæðunum fyrir því að margir halda að ekki sé hægt að leiða hornlínur. Hins vegar sýna margar raunverulegar prófunarniðurstöður að rétthyrnd ummerki munu ekki framleiða augljós EMI en beinar línur. Kannski takmarka núverandi afköst tækisins og prófunarstigið nákvæmni prófsins, en að minnsta kosti sýnir það vandamál. Geislun rétthyrndu raflagnanna er nú þegar minni en mæliskekkjan á tækinu sjálfu.

Almennt séð er rétthyrnd leiðin ekki eins hræðileg og ímyndað var. Að minnsta kosti í forritum undir GHz endurspeglast áhrif eins og rýmd, endurspeglun, EMI osfrv. varla í TDR prófunum. Háhraða PCB hönnunarverkfræðingar ættu samt að einbeita sér að skipulagi, afl/jarðhönnun og raflögn. Um holur og aðrir þættir. Auðvitað, þó að áhrif rétthyrndra raflagna séu ekki mjög alvarleg, þýðir það ekki að við getum öll notað rétthyrnd raflögn í framtíðinni. Athygli á smáatriðum er grunngæði sem sérhver góður verkfræðingur verður að hafa. Þar að auki, með hraðri þróun stafrænna hringrása, mun PCB tíðni merkja sem verkfræðingar vinna áfram að aukast. Á sviði RF hönnunar yfir 10GHz geta þessi litlu réttu horn orðið þungamiðja háhraða vandamála.

2. Mismunaleið

Mismunamerki (DifferentialSignal) er meira og meira notað í háhraða hringrásarhönnun. Mikilvægasta merkið í hringrásinni er oft hannað með mismunadrifsbyggingu. Hvað gerir það svona vinsælt? Hvernig á að tryggja góða frammistöðu í PCB hönnun? Með þessum tveimur spurningum höldum við áfram í næsta hluta umræðunnar.

Hvað er mismunamerki? Í skilmálum leikmanna sendir drifendinn tvö jöfn og öfug merki og móttökuendinn dæmir rökfræðilegt ástand „0“ eða „1“ með því að bera saman muninn á spennunum tveimur. Parið af sporum sem bera mismunamerki er kallað mismunaspor.

Í samanburði við venjuleg einenda merkjaspor hafa mismunamerki augljósustu kosti í eftirfarandi þremur þáttum:

a. Sterk hæfni gegn truflunum, vegna þess að tengingin milli tveggja mismunaspora er mjög góð. Þegar það er hávaðatruflun að utan eru þær næstum tengdar línunum tveimur á sama tíma og móttökuendanum er aðeins sama um muninn á merkjunum tveimur. Þess vegna er hægt að hætta alveg við utanaðkomandi algengan hávaða. b. Það getur í raun bæla EMI. Af sömu ástæðu, vegna gagnstæðrar pólunar merkjanna tveggja, geta rafsegulsviðin sem þau geisla út hætt hvort öðru út. Því þéttari sem tengingin er, því minni rafsegulorka hleypur út til umheimsins. c. Staðsetning tímasetningar er nákvæm. Vegna þess að rofabreyting mismunamerkisins er staðsett á mótum merkjanna tveggja, ólíkt venjulegu einenda merkinu, sem fer eftir háum og lágum þröskuldsspennum til að ákvarða, hefur það minna áhrif á ferli og hitastig, sem getur draga úr skekkju í tímasetningu. , En einnig hentugra fyrir merki hringrás með lágum amplitude. Núverandi vinsæll LVDS (lowvoltagedifferentialsignaling) vísar til þessarar litlu amplitude mismunamerki tækni.

Fyrir PCB verkfræðinga er mest áhyggjuefni hvernig á að tryggja að þessir kostir mismunadriflagna geti nýst að fullu í raunverulegum raflögnum. Kannski mun einhver sem hefur verið í sambandi við Layout skilja almennar kröfur um mismunadrif, það er „jöfn lengd og jöfn fjarlægð“. Jafn lengd er til að tryggja að mismunamerkin tvö haldi andstæðum pólum á öllum tímum og dragi úr sameiginlega hamhlutanum; jöfn fjarlægð er aðallega til að tryggja að mismunaviðnám þeirra tveggja sé í samræmi og draga úr endurkasti. „Eins nálægt og hægt er“ er stundum ein af kröfunum um mismunadrif. En allar þessar reglur eru ekki notaðar til að nota vélrænt, og margir verkfræðingar virðast enn ekki skilja kjarnann í háhraða mismunadrifsmerkjasendingu.

Eftirfarandi fjallar um nokkra algenga misskilning í hönnun PCB mismunadrifsmerkja.

Misskilningur 1: Talið er að mismunadrifsmerkið þurfi ekki jarðplan sem afturleið, eða að mismunadrifssporin veiti hver öðrum afturleið. Ástæðan fyrir þessum misskilningi er sú að yfirborðsleg fyrirbæri ruglast á þeim, eða kerfi háhraða merkjasendingar er ekki nógu djúpt. Það má sjá af uppbyggingu móttökuenda myndar 1-8-15 að sendistraumar smára Q3 og Q4 eru jafnir og gagnstæðir og straumar þeirra við jörðu stöðva nákvæmlega hver annan (I1=0), þannig að mismunadrifsrás er Svipuð hopp og önnur hávaðamerki sem kunna að vera á afl- og jarðflugvélunum eru ónæm. Afturköllun jarðvegs að hluta þýðir ekki að mismunarásin noti ekki viðmiðunarplanið sem merki til baka. Reyndar, í merkiskilagreiningunni, er vélbúnaður mismunadrifunar og venjulegra einenda raflagna það sama, það er að hátíðnimerki eru alltaf Reflow meðfram lykkjunni með minnstu inductance, stærsti munurinn er að auk þess tengingin við jörðu, mismunalínan hefur einnig gagnkvæma tengingu. Hvers konar tenging er sterk, hver verður aðal afturleiðin. Mynd 1-8-16 er skýringarmynd af jarðsegulsviðsdreifingu einenda merkja og mismunamerkja.

Í PCB hringrásarhönnun er tengingin milli mismunaspora yfirleitt lítil, oft aðeins 10 til 20% af tengigráðunni, og meira er tengingin við jörðu, þannig að aðal afturleið mismunasporsins er enn til á jörðu niðri. flugvél. Þegar jarðplanið er ósamfellt mun tengingin milli mismunasporanna veita aðal afturleiðina á svæðinu án viðmiðunarplans, eins og sýnt er á mynd 1-8-17. Þrátt fyrir að áhrif ósamfellu viðmiðunarplansins á mismunadrifið séu ekki eins alvarleg og venjuleg einhliða sporið, mun það samt draga úr gæðum mismunamerkisins og auka EMI, sem ætti að forðast eins mikið og mögulegt er. . Sumir hönnuðir telja að hægt sé að fjarlægja viðmiðunarplanið undir mismunadrifinu til að bæla niður sum algeng merki í mismunadrifssendingu. Hins vegar er þessi nálgun ekki æskileg í orði. Hvernig á að stjórna viðnáminu? Að útvega ekki jarðviðnámslykkju fyrir common mode merkið mun óhjákvæmilega valda EMI geislun. Þessi aðferð gerir meiri skaða en gagn.

Misskilningur 2: Talið er að það sé mikilvægara að halda jöfnu bili en að passa línulengd. Í raunverulegu PCB skipulagi er oft ekki hægt að uppfylla kröfur um mismunahönnun á sama tíma. Vegna tilvistar pinnadreifingar, gegnumganga og raflagnarýmis verður tilgangi línulengdar að passa með rétta vinda, en niðurstaðan verður að vera sú að sum svæði mismunaparsins geta ekki verið samsíða. Hvað eigum við að gera á þessum tíma? Hvaða val? Áður en við drögum ályktanir skulum við skoða eftirfarandi uppgerð niðurstöður.

Af ofangreindum uppgerðarniðurstöðum má sjá að bylgjulögin í skema 1 og skema 2 eru nánast tilviljun, það er að segja að áhrifin af ójöfnu bili eru í lágmarki. Til samanburðar eru áhrif línulengdarmisræmis á tímasetningu mun meiri. (Skáma 3). Frá fræðilegri greiningu, þó að ósamræmi bilið muni valda því að mismunaviðnámið breytist, vegna þess að tengingin milli mismunaparsins sjálfs er ekki marktæk, er viðnámsbreytingarsviðið einnig mjög lítið, venjulega innan 10%, sem jafngildir aðeins einni umferð. . Spegilmyndin af völdum gatsins mun ekki hafa veruleg áhrif á merki sendingu. Þegar línulengdin passar ekki, til viðbótar við tímasetningarjöfnunina, eru sameiginlegir hamhlutir kynntir inn í mismunamerkið, sem dregur úr gæðum merksins og eykur EMI.

Það má segja að mikilvægasta reglan í hönnun PCB mismunaspora sé samsvarandi línulengd og hægt er að meðhöndla aðrar reglur á sveigjanlegan hátt í samræmi við hönnunarkröfur og hagnýt forrit.

Misskilningur 3: Hugsaðu um að mismunadrifið hljóti að vera mjög nálægt. Að halda mismunasporunum nálægt er ekkert annað en að auka tengingu þeirra, sem getur ekki aðeins bætt ónæmi fyrir hávaða, heldur einnig að fullnýta gagnstæða pólun segulsviðsins til að vega upp á móti rafsegultruflunum við umheiminn. Þrátt fyrir að þessi aðferð sé mjög gagnleg í flestum tilfellum er hún ekki algjör. Ef við getum tryggt að þau séu að fullu varin fyrir utanaðkomandi truflunum, þá þurfum við ekki að nota sterka tengingu til að ná truflunum gegn truflunum. Og tilgangurinn með því að bæla EMI. Hvernig getum við tryggt góða einangrun og verndun mismunaspora? Að auka bilið með öðrum merkjamerkjum er ein af grundvallar leiðunum. Rafsegulsviðsorkan minnkar með veldi fjarlægðarinnar. Almennt, þegar línubilið fer yfir 4 sinnum línubreiddina, er truflunin á milli þeirra mjög veik. Hægt að hunsa. Að auki getur einangrun með jarðplaninu einnig gegnt góðu hlífðarhlutverki. Þessi uppbygging er oft notuð í hátíðni (yfir 10G) IC pakka PCB hönnun. Það er kallað CPW uppbygging, sem getur tryggt stranga mismunadrifviðnám. Stjórn (2Z0), eins og sýnt er á mynd 1-8-19.

Mismunadrif geta einnig keyrt í mismunandi merkjalögum, en almennt er ekki mælt með þessari aðferð, vegna þess að munurinn á viðnám og gegnumrásum sem framleidd eru af mismunandi lögum mun eyðileggja áhrif mismunadrifssendingar og koma á algengum hávaða. Að auki, ef aðliggjandi tvö lög eru ekki þétt tengd, mun það draga úr getu mismunadrifsins til að standast hávaða, en ef þú getur haldið réttri fjarlægð frá nærliggjandi ummerkjum er krosstaling ekki vandamál. Við almenna tíðni (undir GHz) mun EMI ekki vera alvarlegt vandamál. Tilraunir hafa sýnt að dempun geislaðrar orku í 500 mils fjarlægð frá mismunadrif hefur náð 60 dB í 3 metra fjarlægð, sem er nóg til að uppfylla FCC rafsegulgeislunarstaðalinn, svo hönnuðurinn þarf ekki að hafa áhyggjur líka mikið um rafsegulósamrýmanleika sem stafar af ófullnægjandi mismunalínutengingu.

3. Serpentine lína

Snake lína er tegund af leiðaraðferð sem oft er notuð í Layout. Megintilgangur þess er að stilla seinkunina til að mæta kröfum um hönnun kerfisins. Hönnuður verður fyrst að hafa þennan skilning: Serpentine línan mun eyðileggja merkjagæði, breyta sendingartöfinni og reyna að forðast að nota hana við raflögn. Hins vegar, í raunverulegri hönnun, til þess að tryggja að merkið hafi nægan biðtíma, eða til að draga úr tímajöfnun milli sama hóps merkja, er oft nauðsynlegt að vinda vírinn vísvitandi.

Svo, hvaða áhrif hefur serpentínulínan á merkjasendingu? Hvað ætti ég að borga eftirtekt til þegar ég tengi raflögn? Tvær mikilvægustu breyturnar eru lengd samhliða tengitengis (Lp) og tengifjarlægð (S), eins og sýnt er á mynd 1-8-21. Augljóslega, þegar merkið er sent á serpentínusporinu, verða samhliða línuhlutar tengdir í mismunadrifsham. Því minna sem S er og því stærra sem Lp er, því meiri er tengingin. Það getur valdið því að seinkun á sendingu minnkar og merkjagæði minnka til muna vegna þverræðna. Vélbúnaðurinn getur vísað til greiningar á sameiginlegri stillingu og mismunadrifsháttum í 3. kafla.

Eftirfarandi eru nokkrar tillögur fyrir útlitsverkfræðinga þegar þeir fást við serpentínulínur:

1. Reyndu að auka fjarlægð (S) samhliða línuhluta, að minnsta kosti meiri en 3H, H vísar til fjarlægðar frá merkjasporinu að viðmiðunarplaninu. Í orðum leikmanna er það að fara um stóra beygju. Svo lengi sem S er nógu stórt er hægt að forðast gagnkvæma tengingaráhrif næstum alveg. 2. Minnkaðu tengilengdina Lp. Þegar tvöfalda Lp seinkunin nálgast eða fer yfir hækkun merkistímans mun krosstalan sem myndast ná mettun. 3. Töf merkissendingar sem stafar af serpentínulínu Strip-Line eða Embedded Micro-strip er minni en á Micro-strip. Fræðilega séð mun strimlalínan ekki hafa áhrif á flutningshraðann vegna mismunadrifshams yfirtölu. 4. Fyrir háhraða merkjalínur og þá sem eru með strangar tímasetningarkröfur, reyndu að nota ekki serpentínulínur, sérstaklega á litlum svæðum. 5. Þú getur oft notað serpentínuspor í hvaða horni sem er, eins og C-byggingin á mynd 1-8-20, sem getur í raun dregið úr gagnkvæmri tengingu. 6. Í háhraða PCB hönnun hefur serpentínulínan ekki svokallaða síunar- eða truflunargetu og getur aðeins dregið úr merkjagæði, þannig að það er aðeins notað til tímasetningar og hefur engan annan tilgang. 7. Stundum er hægt að íhuga spíral leið til að vinda. Eftirlíking sýnir að áhrif þess eru betri en venjuleg serpentine leið.