Tata letak minangka salah sawijining katrampilan kerja sing paling dhasar kanggo insinyur desain PCB. Kualitas kabel bakal langsung mengaruhi kinerja kabeh sistem. Umume teori desain kacepetan dhuwur kudu dileksanakake lan diverifikasi liwat Layout. Sampeyan bisa ndeleng sing wiring penting banget ing PCB kacepetan dhuwur desain. Ing ngisor iki bakal njelasno rationality sawetara kahanan sing bisa ditemoni ing wiring nyata, lan menehi sawetara Sastranegara nuntun luwih optimized.

Utamane diterangake saka telung aspek: kabel sudut tengen, kabel diferensial, lan kabel serpentine.

1. Nuntun sudhut tengen

Wiring sudhut tengen umume kahanan sing kudu nyingkiri okehe ing wiring PCB, lan wis meh dadi salah siji saka standar kanggo ngukur kualitas wiring. Dadi, kepiye pengaruh kabel sudut tengen ing transmisi sinyal? Ing asas, nuntun sudhut tengen bakal ngganti jembaré baris saka baris transmisi, nyebabake discontinuity ing impedansi. Nyatane, ora mung nuntun sudut tengen, nanging uga sudhut lan rute sudut akut bisa nyebabake owah-owahan impedansi.

Pengaruh rute sudut tengen ing sinyal utamane dibayangke ing telung aspek:

Salah siji sing sudhut bisa padha karo mbukak capacitive ing baris transmisi, kang slows mudhun wektu munggah; kaloro iku discontinuity impedansi bakal nimbulaké bayangan sinyal; katelu EMI kui dening tip sudhut tengen.

Kapasitas parasit sing disebabake dening sudut tengen saluran transmisi bisa diitung kanthi rumus empiris ing ngisor iki:

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

Ing rumus ing ndhuwur, C nuduhake kapasitansi sing padha karo sudhut (unit: pF), W nuduhake jembar jejak (unit: inci), εr nuduhake konstanta dielektrik medium, lan Z0 minangka impedansi karakteristik. saka saluran transmisi. Contone, kanggo saluran transmisi 4Mils 50 ohm (εr yaiku 4.3), kapasitansi sing digawa kanthi sudut tengen kira-kira 0.0101pF, banjur owah-owahan wektu mundhak sing disebabake iki bisa dikira:

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

Bisa dideleng liwat pitungan yen efek kapasitansi sing digawa dening jejak sudut tengen cilik banget.

Minangka jembaré baris saka tilak sudhut tengen mundhak, impedansi ana bakal suda, supaya fenomena bayangan sinyal tartamtu bakal kelakon. Kita bisa ngetung impedansi padha sawise jembaré baris mundhak miturut rumus pitungan impedansi kasebut ing bab baris transmisi, lan banjur Etung koefisien bayangan miturut rumus empiris:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Umumé, owah-owahan impedansi disebabake wiring sudhut tengen antarane 7% -20%, supaya koefisien bayangan maksimum kira 0.1. Menapa malih, minangka bisa dideleng saka tokoh ing ngisor iki, impedansi saka baris transmisi diganti kanggo minimal ing dawa garis W / 2, lan banjur bali menyang impedansi normal sawise wektu W / 2. Kabeh wektu pangowahan impedansi cendhak banget, asring ing 10ps. Ing njero, owah-owahan sing cepet lan cilik meh ora bisa ditindakake kanggo transmisi sinyal umum.

Akeh wong duwe pangerten babagan wiring sudut tengen. Dheweke mikir yen tip gampang ngirim utawa nampa gelombang elektromagnetik lan ngasilake EMI. Iki wis dadi salah siji saka alesan ngapa akeh wong mikir sing wiring sudhut tengen ora bisa routed. Nanging, akeh asil tes nyata nuduhake yen jejak sisih tengen ora bakal ngasilake EMI sing jelas tinimbang garis lurus. Mbok menawa kinerja instrumen saiki lan level tes mbatesi akurasi tes, nanging paling ora nggambarake masalah. Radiasi saka kabel sudut tengen wis luwih cilik tinimbang kesalahan pangukuran instrumen kasebut.

Umumé, rute sudut tengen ora nggegirisi kaya sing dibayangke. Paling ora ing aplikasi ing ngisor GHz, efek apa wae kayata kapasitansi, refleksi, EMI, lan liya-liyane meh ora katon ing tes TDR. Insinyur desain PCB kanthi kacepetan dhuwur isih kudu fokus ing tata letak, desain daya / lemah, lan desain kabel. Via bolongan lan aspèk liyane. Mesthi wae, sanajan pengaruh saka kabel sudut tengen ora patiya serius, nanging ora ateges kita kabeh bisa nggunakake kabel sudut tengen ing mangsa ngarep. Manungsa waé kanggo rinci minangka kualitas dhasar sing kudu diduweni saben insinyur sing apik. Kajaba iku, kanthi pangembangan sirkuit digital kanthi cepet, PCB Frekuensi sinyal sing diproses dening insinyur bakal terus saya tambah. Ing bidang desain RF ing ndhuwur 10GHz, sudhut tengen cilik iki bisa dadi fokus masalah kacepetan dhuwur.

2. Nuntun diferensial

Sinyal diferensial (DifferentialSignal) saya akeh digunakake ing desain sirkuit kacepetan dhuwur. Sinyal paling kritis ing sirkuit asring dirancang kanthi struktur diferensial. Apa sing dadi populer? Carane kanggo mesthekake kinerja apik ing desain PCB? Kanthi rong pitakonan kasebut, kita nerusake menyang bagean diskusi sabanjure.

Apa sinyal diferensial? Ing istilah awam kang, mburi driving ngirim loro sinyal witjaksono lan kuwalik, lan mburi nampa hakim negara logika “0” utawa “1” dening mbandingaken prabédan antarane loro voltase. Pasangan jejak sing nggawa sinyal diferensial diarani jejak diferensial.

Dibandhingake karo jejak sinyal siji-rampung biasa, sinyal diferensial duwe kaluwihan sing paling jelas ing telung aspek ing ngisor iki:

a. Kemampuan anti-gangguan sing kuat, amarga kopling antarane rong jejak diferensial apik banget. Nalika ana gangguan gangguan saka njaba, lagi meh digandhengake karo loro garis ing wektu sing padha, lan mburi nampa mung peduli prabédan antarane loro sinyal. Mulane, gangguan mode umum external bisa rampung dibatalake. b. Bisa nyuda EMI kanthi efektif. Kanggo alasan sing padha, amarga polaritas sing ngelawan saka rong sinyal kasebut, medan elektromagnetik sing dipancarake bisa mbatalake siji liyane. Sing kenceng kopling, kurang energi elektromagnetik vented kanggo donya njaba. c. Posisi wektu akurat. Amarga owah-owahan ngalih saka sinyal diferensial dumunung ing persimpangan saka loro sinyal, ora kaya sinyal siji-rampung biasa, kang gumantung ing voltase batesan dhuwur lan kurang kanggo nemtokake, iku kurang kena pengaruh saka proses lan suhu, kang bisa nyuda kesalahan ing wektu. , Nanging uga luwih cocok kanggo sirkuit sinyal amplitudo kurang. LVDS populer saiki (lowvoltagedifferentialsignaling) nuduhake teknologi sinyal diferensial amplitudo cilik iki.

Kanggo insinyur PCB, keprigelan sing paling penting yaiku carane mesthekake manawa kaluwihan kabel diferensial iki bisa digunakake kanthi lengkap ing kabel sing nyata. Mungkin sapa wae sing wis sesambungan karo Layout bakal ngerti syarat umum kabel diferensial, yaiku, “padha dawa lan jarak sing padha”. Dawane witjaksono kanggo mesthekake yen loro sinyal diferensial njaga polaritas ngelawan ing kabeh wektu lan nyuda komponen mode umum; kadohan witjaksono utamané kanggo mesthekake yen impedansi diferensial saka loro konsisten lan nyuda bayangan. “Minangka cedhak bisa” kadhangkala salah siji saka syarat wiring diferensial. Nanging kabeh aturan iki ora digunakake kanggo mechanically aplikasi, lan akeh engineers koyone isih ora ngerti pet transmisi sinyal diferensial-kacepetan dhuwur.

Ing ngisor iki fokus ing sawetara misunderstandings umum ing desain sinyal diferensial PCB.

Misunderstanding 1: Punika pitados bilih sinyal diferensial ora perlu bidang lemah minangka path bali, utawa sing ngambah diferensial nyedhiyani path bali kanggo saben liyane. Alesan kanggo kesalahpahaman iki yaiku dheweke bingung karo fenomena superfisial, utawa mekanisme transmisi sinyal kacepetan dhuwur ora cukup jero. Bisa dideleng saka struktur ujung panampa ing Gambar 1-8-15 yen arus emitor transistor Q3 lan Q4 padha lan ngelawan, lan arus ing lemah persis mbatalake siji liyane (I1=0), saengga sirkuit diferensial punika mumbul Similar lan sinyal gangguan liyane sing bisa ana ing daya lan pesawat lemah ora sensitif. Pembatalan bali sebagean saka bidang lemah ora ateges sirkuit diferensial ora nggunakake bidang referensi minangka path bali sinyal. Nyatane, ing analisis sinyal bali, mekanisme kabel diferensial lan kabel siji-rampung biasa padha, yaiku, sinyal frekuensi dhuwur tansah Reflow bebarengan daur ulang karo induktansi cilik, prabédan paling gedhe iku saliyane kanggo kopling menyang lemah, garis diferensial uga duwe kopling bebarengan. Kopling endi sing kuwat, endi sing dadi dalan bali utama. Gambar 1-8-16 minangka diagram skematis distribusi medan geomagnetik saka sinyal siji-rampung lan sinyal diferensial.

Ing desain sirkuit PCB, kopling antarane jejak diferensial umume cilik, asring mung 10 nganti 20% saka gelar kopling, lan luwih akeh kopling menyang lemah, saengga jalur bali utama jejak diferensial isih ana ing lemah. pesawat . Nalika bidang lemah punika pedhot, kopling antarane ngambah diferensial bakal nyedhiyani dalan bali utama ing wilayah tanpa bidang referensi, minangka ditampilake ing Figure 1-8-17. Senajan pengaruh discontinuity bidang referensi ing tilak diferensial ora minangka serius minangka tilak siji-rampung biasa, iku isih bakal ngurangi kualitas sinyal diferensial lan nambah EMI, kang kudu nyingkiri okehe. . Sawetara desainer percaya yen bidang referensi miturut jejak diferensial bisa dicopot kanggo nyuda sawetara sinyal mode umum ing transmisi diferensial. Nanging, pendekatan iki ora dikarepake ing teori. Carane ngontrol impedansi? Ora nyedhiyakake loop impedansi lemah kanggo sinyal mode umum mesthi bakal nyebabake radiasi EMI. Pendekatan iki luwih gawe piala tinimbang apik.

Kesalahpahaman 2: Dipercaya manawa jarak sing padha luwih penting tinimbang dawa garis sing cocog. Ing tata letak PCB nyata, asring ora bisa nyukupi syarat desain diferensial ing wektu sing padha. Amarga anané distribusi pin, vias, lan spasi wiring, tujuan cocog dawa baris kudu ngrambah liwat nduwurke tumpukan tepat, nanging asil kudu sing sawetara wilayah saka pasangan diferensial ora bisa podo karo. Apa sing kudu kita lakoni ing wektu iki? Pilihan sing endi? Sadurunge nggawe kesimpulan, ayo deleng asil simulasi ing ngisor iki.

Saking asiling simulasi ing nginggil saged dipuntingali bilih wujud gelombang Skema 1 saha Skema 2 meh sesarengan, tegesipun pangaribawa ingkang dipunsebabaken dening jarak ingkang boten sami menika minimal. Ing comparison, pengaruh saka garis dawa mismatch ing wektu akeh luwih. (Skema 3). Saka analisis teoretis, sanajan jarak sing ora konsisten bakal nyebabake owah-owahan impedansi diferensial, amarga kopling antarane pasangan diferensial dhewe ora signifikan, sawetara owah-owahan impedansi uga cilik banget, biasane ing 10%, sing mung padha karo siji pass. . Bayangan sing disebabake dening bolongan kasebut ora bakal duwe pengaruh sing signifikan marang transmisi sinyal. Sawise dawa baris ora cocog, saliyane kanggo wektu offset, komponen mode umum ngenalaken menyang sinyal diferensial, kang nyuda kualitas sinyal lan mundhak EMI.

Bisa ngandika sing aturan paling penting ing desain tilak diferensial PCB punika dawa baris cocog, lan aturan liyane bisa fleksibel ditangani miturut syarat desain lan aplikasi praktis.

Misunderstanding 3: Mikir sing wiring diferensial kudu banget cedhak. Tetep ngambah diferensial cedhak ora luwih saka kanggo nambah kopling sing, kang ora mung bisa nambah kakebalan kanggo gangguan, nanging uga nggunakake lengkap saka kutub ngelawan saka Magnetik kolom kanggo ngimbangi gangguan elektromagnetik kanggo donya njaba. Sanajan pendekatan iki migunani banget ing pirang-pirang kasus, nanging ora mutlak. Yen kita bisa mesthekake yen lagi kebak shielded saka gangguan external, banjur kita ora perlu nggunakake kopling kuwat kanggo entuk anti-gangguan. Lan tujuan nyuda EMI. Kepiye carane bisa njamin isolasi sing apik lan nglindhungi jejak diferensial? Nambah jarak karo jejak sinyal liyane minangka salah sawijining cara sing paling dhasar. Energi medan elektromagnetik suda kanthi kuadrat jarak. Umumé, nalika jarak baris ngluwihi 4 kaping jembaré baris, gangguan antarane wong-wong mau banget banget. Bisa digatekake. Kajaba iku, isolasi dening bidang lemah uga bisa muter peran shielding apik. Struktur iki asring digunakake ing desain PCB paket IC frekuensi dhuwur (luwih saka 10G). Iki diarani struktur CPW, sing bisa njamin impedansi diferensial sing ketat. Kontrol (2Z0), minangka ditampilake ing Figure 1-8-19.

Ngambah diferensial uga bisa mbukak ing lapisan sinyal beda, nanging cara iki umume ora dianjurake, amarga beda ing impedansi lan vias diprodhuksi dening lapisan beda bakal numpes efek transmisi mode diferensial lan introduce gangguan mode umum. Kajaba iku,, yen loro lapisan jejer ora tightly gandheng, iku bakal ngurangi kemampuan tilak diferensial kanggo nolak gangguan, nanging yen sampeyan bisa njaga jarak sing tepat saka ngambah lingkungan, crosstalk ora masalah. Ing frekuensi umum (ing ngisor GHz), EMI ora bakal dadi masalah serius. Eksperimen wis nuduhake yen atenuasi energi sing dipancarake ing jarak 500 mil saka jejak diferensial wis tekan 60 dB ing jarak 3 meter, sing cukup kanggo nyukupi standar radiasi elektromagnetik FCC, saengga Desainer ora kudu kuwatir banget. akeh babagan incompatibility elektromagnetik disebabake kopling line diferensial ora cukup.

3. Garis Serpentine

Snake line minangka jinis metode routing sing asring digunakake ing Layout. Tujuan utamane yaiku nyetel wektu tundha kanggo nyukupi syarat desain wektu sistem. Desainer kudu duwe pangerten iki: garis serpentine bakal ngrusak kualitas sinyal, ngganti wektu tundha transmisi, lan nyoba supaya ora digunakake nalika kabel. Nanging, ing desain nyata, kanggo mesthekake yen sinyal wis cukup wektu ditahan, utawa kanggo ngurangi wektu nutup kerugian antarane klompok padha sinyal, iku asring perlu kanggo sengaja angin kabel.

Dadi, apa efek garis serpentine ing transmisi sinyal? Apa aku kudu mbayar manungsa waé kanggo nalika wiring? Rong paramèter sing paling kritis yaiku dawa kopling paralel (Lp) lan jarak kopling (S), minangka ditampilake ing Figure 1-8-21. Temenan, nalika sinyal kasebut ditularake ing jejak serpentine, segmen garis paralel bakal digabungake ing mode diferensial. Sing luwih cilik S lan luwih gedhe Lp, sing luwih gedhe tingkat kopling. Bisa nyebabake wektu tundha transmisi suda, lan kualitas sinyal saya suda amarga crosstalk. Mekanisme kasebut bisa ngarujuk marang analisis crosstalk mode umum lan mode diferensial ing Bab 3.

Ing ngisor iki sawetara saran kanggo insinyur Tata letak nalika ngatasi garis serpentine:

1. Coba kanggo nambah kadohan (S) saka perangan baris podo, paling luwih saka 3H, H nuduhake kadohan saka tilak sinyal kanggo bidang referensi. Ing istilah awam, iku kanggo ngubengi tikungan gedhe. Anggere S cukup gedhe, efek kopling bebarengan bisa meh rampung nyingkiri. 2. Ngurangi dawa kopling Lp. Nalika wektu tundha Lp pindho nyedhaki utawa ngluwihi wektu mundhak sinyal, crosstalk sing digawe bakal tekan jenuh. 3. Tundha transmisi sinyal sing disebabake dening garis serpentine Strip-Line utawa Embedded Micro-strip kurang saka Micro-strip. Ing teori, stripline ora bakal mengaruhi tingkat transmisi amarga crosstalk mode diferensial. 4. Kanggo garis sinyal kacepetan dhuwur lan sing nduweni syarat wektu sing ketat, coba aja nganggo garis serpentine, utamane ing wilayah cilik. 5. Sampeyan bisa kerep nggunakake ngambah serpentine ing sembarang amba, kayata struktur C ing Figure 1-8-20, kang bisa èfèktif nyuda bebarengan kopling. 6. Ing desain PCB-kacepetan dhuwur, baris serpentine ora dadi-disebut kemampuan nyaring utawa anti-gangguan, lan mung bisa nyuda kualitas sinyal, supaya mung digunakake kanggo cocog wektu lan ora ana tujuan liyane. 7. Kadhangkala sampeyan bisa nimbang rute spiral kanggo nduwurke tumpukan. Simulasi nuduhake yen efek kasebut luwih apik tinimbang rute serpentine normal.