Con l’aumento della velocità di commutazione dell’uscita del circuito integrato e PCB bordo 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. L’elevata velocità del segnale su un PCB, il posizionamento errato dei componenti finali o il cablaggio errato dei segnali ad alta velocità possono causare problemi di integrità del segnale, che possono causare l’emissione di dati errati da parte del sistema, il funzionamento improprio del circuito o il mancato funzionamento del circuito. How to take signal integrity into full consideration and take effective control measures in PCB design has become a hot topic in PCB design industry.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. Al contrario, quando il segnale non risponde correttamente, c’è un problema di integrità del segnale. I problemi di integrità del segnale possono portare o portare direttamente a distorsione del segnale, errori di temporizzazione, dati errati, linee di indirizzo e di controllo e malfunzionamento del sistema o persino crash del sistema. Nel processo di progettazione PCB, le persone hanno accumulato molte regole di progettazione PCB. In PCB design, the signal integrity of PCB can be better achieved by carefully referring to these design rules.

When designing PCB, we should first understand the design information of the whole circuit board, which mainly includes:

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. Tipo di linea di segnale, velocità e direzione di trasmissione, requisiti di controllo dell’impedenza della linea di segnale, direzione della velocità del bus e situazione di guida, segnali chiave e misure di protezione;

4. Tipo di alimentazione, tipo di massa, requisiti di tolleranza al rumore per alimentazione e massa, impostazione e segmentazione dell’alimentazione e piano di massa;

5. Tipi e velocità delle linee di clock, sorgente e direzione delle linee di clock, requisiti di ritardo di clock, requisiti di linea più lunga.

Design a strati PCB

Dopo aver compreso le informazioni di base del circuito, è necessario valutare i requisiti di progettazione del costo del circuito e dell’integrità del segnale e scegliere un numero ragionevole di strati di cablaggio. 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. Il piano di riferimento è preferibilmente il piano terra. Both power supply and ground plane can be used as reference plane, and both have certain shielding function. Tuttavia, l’effetto di schermatura del piano di alimentazione è molto inferiore a quello del piano di massa a causa della sua impedenza caratteristica più elevata e della maggiore differenza di potenziale tra il piano di alimentazione e il livello di massa di riferimento.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. Laddove i costi di progettazione lo consentono, è meglio disporre i circuiti digitali e analogici su livelli separati. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. Alimentazione e massa analogica e digitale devono essere separate, mai mescolate.

3. L’instradamento del segnale chiave dei livelli adiacenti non attraversa l’area di segmentazione. I segnali formeranno un ampio circuito di segnale in tutta la regione e genereranno forti radiazioni. 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. Dovrebbe esserci un piano di massa relativamente completo sotto la superficie del componente. L’integrità del piano di massa deve essere mantenuta per quanto possibile per la lastra multistrato. Nessuna linea di segnale è normalmente consentita per l’esecuzione nel piano terra.

5, alta frequenza, alta velocità, orologio e altre linee di segnale chiave dovrebbero avere un piano di massa adiacente. 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

Progettazione layout PCB

La chiave della progettazione dell’integrità del segnale della scheda stampata è il layout e il cablaggio, che sono direttamente correlati alle prestazioni del PCB. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. Se il PCB è troppo grande e distribuito, la linea di trasmissione potrebbe essere molto lunga, con conseguente aumento dell’impedenza, riduzione della resistenza al rumore e aumento dei costi. If the components are placed together, heat dissipation is poor, and coupling crosstalk may occur in adjacent wiring. Pertanto, il layout deve essere basato sulle unità funzionali del circuito, tenendo conto della compatibilità elettromagnetica, della dissipazione del calore e dei fattori di interfaccia.

When laying out a PCB with mixed digital and analog signals, do not mix digital and analog signals. Se i segnali analogici e digitali devono essere mischiati, assicurarsi di allinearli verticalmente per ridurre l’effetto dell’accoppiamento incrociato. Il circuito digitale, il circuito analogico e il circuito che genera rumore sulla scheda devono essere separati e il circuito sensibile deve essere instradato per primo e il percorso di accoppiamento tra i circuiti deve essere eliminato. In particolare, considerare le linee di clock, reset e interrupt, non mettere in parallelo queste linee con le linee di commutazione ad alta corrente, altrimenti facilmente danneggiabili dai segnali di accoppiamento elettromagnetico, causando reset o interruzioni impreviste. The overall layout should follow the following principles:

1. Il layout della partizione funzionale, il circuito analogico e il circuito digitale sul PCB dovrebbero avere un layout spaziale diverso.

2. Secondo il processo del segnale del circuito per organizzare le unità del circuito funzionale, in modo che il flusso del segnale mantenga la stessa direzione.

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. Easily disturbed components should not be too close to each other, input and output components should be far away.

How to design the signal of integrity PCB

Progettazione cablaggio PCB

Tutte le linee di segnale devono essere classificate prima del cablaggio del 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. I cavi di segnale su diversi strati devono essere instradati verticalmente l’uno verso l’altro per ridurre la diafonia. La disposizione delle linee di segnale è meglio organizzata in base alla direzione del flusso del segnale. La linea del segnale di uscita di un circuito non deve essere ricondotta all’area della linea del segnale di ingresso. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. Sul doppio pannello, se necessario, è possibile aggiungere il filo di terra di isolamento su entrambi i lati della linea del segnale ad alta velocità. Tutte le linee di clock ad alta velocità sulla scheda multistrato devono essere schermate in base alla lunghezza delle linee di clock.

I principi generali per il cablaggio sono:

1. Per quanto possibile, scegliere il design del cablaggio a bassa densità e il cablaggio del segnale il più possibile coerente con lo spessore, favorevole all’adattamento dell’impedenza. Per il circuito rf, il design irragionevole della direzione della linea del segnale, della larghezza e dell’interlinea può causare interferenze incrociate tra le linee di trasmissione del segnale.

2. Per quanto possibile, evitare cavi di ingresso e uscita adiacenti e cavi paralleli a lunga distanza. Per ridurre la diafonia di linee di segnale parallele, è possibile aumentare la distanza tra le linee di segnale o inserire cinghie di isolamento tra le linee di segnale.

3. La larghezza della linea sul PCB deve essere uniforme e non deve verificarsi alcuna mutazione della larghezza della linea. La piegatura del cablaggio del PCB non deve utilizzare un angolo di 90 gradi, deve utilizzare un arco o un angolo di 135 gradi, per quanto possibile per mantenere la continuità dell’impedenza di linea.

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. Per quanto possibile ridurre la lunghezza del filo, aumentare la larghezza del filo, è favorevole alla riduzione dell’impedenza del filo.

6. Per i segnali di controllo dell’interruttore, il numero di cablaggi PCB SIGNAL che cambia lo stato contemporaneamente deve essere ridotto il più possibile.