Tata letak minangka salah sawijining katrampilan kerja paling dhasar Desain PCB insinyur Kualitas kabel bakal langsung mengaruhi kinerja kabeh sistem, umume teori desain kecepatan tinggi pungkasane kudu diwujudake lan diverifikasi dening Layout, mula bisa dingerteni manawa kabel penting banget kanggo desain PCB kanthi kecepatan tinggi. Ing ngisor iki bakal dideleng saka kabel sing nyata bisa uga nemoni sawetara kahanan, analisis rasionalitas, lan menehi sawetara strategi nuntun sing luwih dioptimalake. Utamane saka baris Angle sing bener, garis pambeda, garis ula lan sapanunggalane telung aspek sing kudu diandharake.

1. Garis go persegi panjang

Kabel sudhut tengen biasane dibutuhake kanggo ngindhari kahanan ing kabel PCB, lan meh dadi salah sawijining standar kanggo ngukur kualitas kabel, mula kepiye pengaruh saka kabel sudut tengen ing transmisi sinyal? Intine, kabel sudut tengen bakal ngganti jembaré garis transmisi, saéngga ora bisa mandheg. Nyatane, ora mung garis Angle sing bener, ton Angle, garis Angle akut bisa uga nyebabake pangowahan impedansi.

Pengaruh keselarasan sudut kanan ing sinyal utamane ditampilake ing telung aspek: pisanan, pojok bisa padha karo beban kapasitif ing saluran transmisi, nyuda wektu paningkatan; Kapindho, diskontinuitas impedansi bakal nyebabake refleksi sinyal; Katelu, EMI digawe kanthi ujung Angle sing bener.

Kapasitas parasit sing disebabake dening Sudut sisih tengen garis transmisi bisa diitung karo formula empiris ing ngisor iki:

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

Ing formula ing ndhuwur, C nuduhake kapasitansi sing padha ing pojok (pF), W nuduhake jembaré garis (inci), ε R nuduhake konstanta dielektrik medium, lan Z0 minangka impedansi karakteristik transmisi baris Contone, kanggo jalur transmisi 4Mil 50 ohm (4.3r 0.0101), kapasitansi Sudut tengen udakara XNUMXpF, lan variasi wektu munggah bisa diramal:

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

Bisa dingerteni saka pitungan yen efek capacitance sing digawa kanthi kabel sudut tengen cilik banget.

Nalika jembaré garis amba-amba mundhak, impedansi ing titik iki bakal mudhun, mula bakal ana fenomena refleksi sinyal tartamtu. Kita bisa ngetung impedansi sing padha sawise jembar baris mundhak miturut formula pitungan impedansi sing kasebut ing bagean garis transmisi, lan banjur ngetung koefisien refleksi miturut formula empiris: ρ = (Zs-Z0) / (Zs + Z0), kabel amba sisih tengen umum sing nyebabake impedansi antara 7% -20%, dadi koefisien refleksi maksimum udakara 0.1. Kajaba iku, kaya sing bisa dideleng saka gambar ing ngisor iki, impedansi garis transmisi ganti dadi minimal sajrone dawa garis W / 2, banjur pulihake impedansi normal sawise W / 2 wektu. Wektu kanggo kabeh pangowahan impedansi cendhak banget, biasane ing 10ps. Pangowahan sing cepet lan cilik kaya ngono meh ora bisa ditrapake kanggo transmisi sinyal umum.

Akeh wong sing ngerti babagan nuntun sudhut tengen, percaya yen ujung kasebut gampang kanggo nerbitake utawa nampa gelombang elektromagnetik lan ngasilake EMI, sing dadi salah sawijining sebab kenapa akeh wong nganggep nurutake sudut tengen ora bisa ditindakake. Nanging, akeh asil tes praktis nuduhake yen garis sudut tengen ora ngasilake EMI tinimbang garis lurus. Mbok manawa kinerja instrumen lan level tes saiki mbatesi akurasi tes, nanging paling ora nuduhake manawa radiasi garis sudut tengen kurang saka kesalahan pangukuran instrumen kasebut dhewe. Umumé, keselarasan sudhut tengen ora bisa dipikirake kayane. Paling ora ing aplikasi ing ngisor GHz, efek kayata kapasitansi, refleksi, EMI, lan liya-liyane meh ora ditampilake ing tes TDR. Insinyur desain PCB kanthi kecepatan tinggi kudu fokus ing tata letak, desain tenaga / lemah, desain kabel, perforasi, lsp. Sanajan, efek saka garis go persegi panjang ora serius, nanging ora bisa ngomong manawa kita bisa mlaku kanthi garis Angle, perhatian kanggo rincian minangka kualitas penting kanggo saben insinyur sing apik, lan, kanthi pangembangan sirkuit digital kanthi cepet , Insinyur PCB ngolah frekuensi sinyal uga bakal terus ditambah, luwih saka 10 lapangan desain RF GHZ, Sudut tengen cilik iki bisa dadi fokus masalah cepet.

2. Bedane saka

Sinyal DifferenTIal digunakake kanthi akeh ing desain sirkuit kanthi kecepatan tinggi. Sinyal sing paling penting ing sirkuit yaiku desain DifferenTIal Signal. Kepiye carane njamin kinerja sing apik ing desain PCB? Kanthi nggatekake loro pitakon kasebut, kita banjur pindhah menyang bagean sabanjure diskusi.

Apa sinyal diferensial? Ing basa Inggris biasa, driver ngirim loro sinyal sing padha lan kuwalik, lan panampa mbandhingake bedane antara loro voltase kasebut kanggo nemtokake negara logis “0” utawa “1”. Pasangan kabel sing nggawa sinyal diferensial diarani kabel diferensial.

Dibandhingake karo nuntun sinyal siji-biasa, sinyal diferensial duwe kaluwihan paling cetha ing telung aspek ing ngisor iki:

A. Kemampuan anti-gangguan sing kuat, amarga kopling ing antarane rong garis diferensial apik banget, yen ana gangguan gangguan, meh ditambahake karo rong garis sekaligus, lan panrima mung prelu prabédan antara loro sinyal kasebut, dadi swara mode umum eksternal bisa dibatalake kabeh.

B. Bisa nyuda EMI kanthi efektif. Kajaba iku, amarga rong sinyal duwe polaritas sing ngelawan, medan elektromagnetik sing dipadhangi bisa saling mbatalake. Sing luwih cedhak kopling, energi elektromagnetik sing kurang diluncurake menyang njaba.

C. Posisi wektu akurat. Amarga pangowahan sinyal sinyal diferensial dununge ing prapatan rong sinyal, ora beda karo sinyal siji-tunggal sing ditetepake kanthi voltase ambang dhuwur lan kurang, mula ora kena pengaruh proses lan suhu, sing bisa nyuda kesalahan wektu lan luwih cocog kanggo sirkuit kanthi sinyal amplitudo sing sithik. LVDS (voltase beda bedaTIalsignaling) nuduhake teknologi sinyal diferensial amplitudo cilik iki.

Kanggo para insinyur PCB, masalah sing paling penting yaiku kepiye carane njamin kaluwihan saka router diferensial iki bisa dimanfaatake kanthi bener ing pandhuan. Mbok manawa nalika kontak karo Layout, wong-wong bakal ngerti persyaratan umum tumindake diferensial, yaiku “dawa sing padha, jarak sing padha”. Isometrik kanggo mesthekake yen rong sinyal diferensial tetep njaga polaritas sing ngelawan, nyuda komponen mode umum; Isometrik utamane kanggo njamin impedansi diferensial sing padha, nyuda refleksi. “Minangka cedhak” bisa uga salah sawijining syarat kanggo nuntun diferensial. Nanging ora ana aturan kasebut sing ditrapake kanggo mekanik, lan akeh insinyur sing kayane ora ngerti sifat signaling diferensial kanthi kecepatan tinggi. Ing ngisor iki fokus ing sawetara kesalahan umum ing desain sinyal diferensial PCB.

Kesalahpahaman 1: Sinyal diferensial ora mbutuhake pesawat dhasar minangka jalur backflow, utawa mikir manawa garis diferensial nyedhiyakake jalur backflow kanggo siji liyane. Penyebab kesalahpahaman iki bingung karo fenomena permukaan, utawa mekanisme transmisi sinyal kecepatan dhuwur durung cukup jero. Kaya sing bisa dideleng saka struktur pungkasan sing nampa ing Gbr. 1-8-15, arus transitor Q3 lan Q4 padha karo sing padha, lan arus ing persimpangan kasebut bisa dibatalake (I1 = 0). Mula, sirkuit diferensial ora sensitif karo proyek dhasar sing padha lan sinyal swara liyane sing ana ing pasokan listrik lan pesawat darat. Pembatalan arus balik parsial saka pesawat dhasar ora ateges sirkuit diferensial ora njupuk bidang referensi minangka jalur bali sinyal. Nyatane, ing analisis backflow sinyal, mekanisme pandhuan diferensial padha karo rutekan ujung-ujung biasa, yaiku

Sinyal frekuensi mesthi ngalir maneh ing sirkuit kanthi induktansi paling cilik. Bedane paling gedhe yaiku garis bedane ora mung gandeng, nanging uga gandeng. Kopling sing kuat dadi jalur arus balik utama.

Ing desain sirkuit PCB, kopling ing antarane kabel diferensial umume cilik, biasane mung 10 ~ 20% derajat kopling, lan umume kopling ana ing lemah, mula jalur arus balik utama kabel diferensial isih ana ing lemah pesawat. Ing kasus diskontinuitas ing pesawat lokal, kopling ing antarane rute diferensial nyedhiyakake jalur arus balik utama ing wilayah kasebut tanpa bidang referensi, kaya sing ditampilake ing Gambar. 1-8-17. Sanajan pengaruh diskontinuitas bidang referensi ing kabel diferensial ora sepele karo kabel single-end biasa, isih bakal nyuda kualitas sinyal diferensial lan nambah EMI, sing kudu dicegah nganti bisa. Sawetara desainer percaya manawa bidang referensi garis transmisi diferensial bisa dicopot kanggo nyuda bagean saka sinyal mode umum ing transmisi diferensial, nanging miturut teori miturut pendekatan kasebut ora dikarepake. Kepiye cara ngontrol impedansi? Tanpa nyedhiyakake loop impedansi lemah kanggo sinyal mode umum, radiasi EMI bakal disebabake, sing luwih mbebayani tinimbang sing apik.

Mitos 2: Ngramut jarak sing padha luwih penting tinimbang dawa garis sing cocog. Ing kabel PCB nyata, asring ora bisa nyukupi sarat desain diferensial. Amarga distribusi pin, bolongan, lan papan kabel lan faktor liyane, prelu entuk tujuan pencocokan dawa garis kanthi nduwurke tumpukan sing cocog, nanging asil kasebut mesthine bagean saka pasangan prabédan ora bisa sejajar, ing wektu iki, kepiye kanggo milih? Sadurunge nggawe kesimpulan, ayo goleki asil simulasi ing ngisor iki. Bisa dideleng saka asil simulasi ing ndhuwur yen bentuk gelombang skema 1 lan Skema 2 meh padha, yaiku, pengaruh jarak sing ora padha minimal, lan pengaruh kesenjangan dawa garis luwih gedhe ing urutan wektu (Skema 3) . Saka perspektif analisis teoretis, sanajan jarak sing ora cocog bakal nyebabake owah-owahan impedansi sing beda, nanging amarga gandheng antarane pasangan beda dhewe ora signifikan, mula kisaran pangowahan uga cilik banget, umume sajrone 10%, mung padha karo menyang refleksi sing disebabake dening bolongan, sing ora bakal nyebabake pengaruh signifikan saka transmisi sinyal. Sawise dawa baris cocog, saliyane offset urutan wektu, komponen mode umum dilebokake menyang sinyal diferensial, sing nyuda kualitas sinyal lan nambah EMI.

Bisa diarani manawa aturan sing paling penting ing desain kabel diferensial PCB yaiku cocog karo dawa garis, lan aturan liyane bisa ditrapake kanthi fleksibel miturut syarat desain lan aplikasi praktis.

Kesalahan telu: mikir prabédan beda kudu gumantung banget. Titik njaga garis prabédan kasebut ora adoh saka nambah kopling, kanggo nambah kekebalan swara lan kanggo nggunakake polaritas ngelawan medan magnetik kanggo mbatalake gangguan elektromagnetik saka njaba. Sanajan pendekatan iki apik banget ing umume kasus, nanging ora mutlak. Yen bisa dilindhungi saka gangguan eksternal, mula kita ora prelu nggayuh tujuan anti-gangguan lan supresi EMI liwat kopling sing kuat maneh. Kepiye cara supaya dalan diferensial duwe isolasi lan tameng sing apik? Nambah jarak antara garis lan sinyal liyane minangka salah sawijining cara sing paling dhasar. Energi medan elektromagnetik mudhun kanthi hubungan jarak adoh. Umume, yen jarak antarane garis luwih saka 4 kali jembaré garis, gangguan ing antarane baris banget lan bisa diabaikan kanthi dhasar. Kajaba iku, isolasi liwat pesawat dhasar uga bisa menehi efek tameng sing apik. Struktur iki asring digunakake ing desain PCB rangkep IC frekuensi dhuwur (ing ndhuwur 10G), dikenal minangka struktur CPW, kanggo njamin kontrol impedansi diferensial (2Z0), FIG. 1-8-19.

Routing diferensial uga bisa ditindakake ing lapisan sinyal sing beda, nanging umume ora disaranake, amarga beda kayata impedansi lan liwat bolongan ing lapisan sing beda bisa ngrusak efek transmisi mode diferensial lan ngenalake mode mode umum. Kajaba iku, yen rong lapisan sing ana ing jejer ora gegandhengan, kemampuan ndandani diferensial kanggo nolak swara bakal dikurangi, nanging crosstalk ora dadi masalah yen jarak sing tetep dijaga karo router ing saubengé. Frekuensi umum (ngisor GHz), EMI ora bakal dadi masalah serius. Eksperimen nuduhake manawa atenuasi energi radiasi saka garis diferensial kanthi jarak 500Mil ngluwihi 3 meter wis tekan 60dB, sing cukup kanggo memenuhi standar radiasi elektronika FCC. Mula, desainer ora prelu kuwatir banget babagan kompatibilitas elektromagnetik sing disebabake amarga kopling garis diferensial ora cukup.

3. serpentine

Baris serpentine asring digunakake ing Tata Letak. Tujuan utamane yaiku nyetel wektu tundha wektu lan memenuhi syarat desain wektu sistem. Desainer luwih dhisik kudu ngerti yen kawat serpentine bakal ngrusak kualitas sinyal, ngganti wektu tundha transmisi, lan kudu dihindari nalika kabel. Nanging, ing desain praktis, kanggo mesthekake wektu sinyal cekap, utawa kanggo nyuda wektu nutup kerugian antarane klompok sinyal sing padha, nduwurke tumpukan kudu sengaja ditindakake.

Dadi, apa sing ditindakake serpentine kanggo menehi sinyal transmisi? Apa sing kudu dakwaspadai nalika mlaku-mlaku? Rong parameter sing paling kritis yaiku dawa kopling paralel (Lp) lan jarak kopling (S), kaya sing dituduhake ing Gbr. 1-8-21. Temenan, nalika sinyal kasebut ditularake ing garis serpentine, bakal ana kopling ing antarane segmen garis paralel kanthi mode beda. S cilik, Lp luwih gedhe, lan drajade kopel luwih gedhe. Iki bisa nyebabake nyuda panularan transmisi lan nyuda kualitas sinyal sing signifikan amarga crosstalk, kaya sing dijelasake ing bab 3 kanggo analisis mode umum lan crosstalk mode diferensial.

Mangkene sawetara tips kanggo insinyur Layout nalika urusan karo ula:

1. Coba tambah jarak (S) saka segmen garis paralel, sing paling ora luwih saka 3H. H nuduhake jarak saka garis sinyal menyang bidang referensi. Umume, iku kudu kurva gedhe. Anggere S cukup gedhe, efek kopling meh bisa dihindari.

2. Nalika dawa kopling Lp dikurangi, crosstalk sing digawe bakal tekan saturasi nalika wektu tundha Lp kaping pindho nyedhaki utawa ngluwihi wektu paningkatan sinyal.

3. Penundaan transmisi sinyal sing disebabake saka garis ular kaya ular utawa Jalur mikro semat luwih cilik tinimbang strip mikro. Secara teoritis, pita pita ora mengaruhi tingkat transmisi amarga crosstalk mode diferensial.

4. Kanggo garis sinyal kanthi kacepetan dhuwur lan sarat sing tepat wektu, coba ora mlaku nganggo garis serpentine, utamane ing wilayah cilik.

5. Router serpentine ing sembarang Sudut bisa asring diadopsi. Struktur C ing Gbr. 1-8-20 bisa nyuda kopling kanthi efektif.

6. Ing desain PCB kanthi kecepatan dhuwur, serpentine ora duwe kemampuan nyaring utawa anti-gangguan, lan mung bisa nyuda kualitas sinyal, mula mung digunakake kanggo cocog wektu lan ora ana tujuan liyane.

7. Kadhangkala belitan spiral bisa dianggep. Simulasi nuduhake manawa pengaruhe luwih apik tinimbang belitan serpentine normal.