Орналасу – бұл ПХД жобалау инженерлері үшін ең негізгі жұмыс дағдыларының бірі. Сымның сапасы бүкіл жүйенің жұмысына тікелей әсер етеді. Жоғары жылдамдықты жобалау теорияларының көпшілігі Layout арқылы түпкілікті енгізіліп, тексерілуі керек. Сымдарды орнату өте маңызды екенін көруге болады жоғары жылдамдықты ПХД дизайн. Төменде нақты сымдарда кездесуі мүмкін кейбір жағдайлардың ұтымдылығы талданады және оңтайландырылған маршруттау стратегиялары беріледі.

Ол негізінен үш аспектіден түсіндіріледі: тік бұрышты сымдар, дифференциалды сымдар және серпентин сымдары.

1. Тік бұрышты бағыттау

Оң жақ бұрышты сымдар әдетте ПХД сымдарында мүмкіндігінше аулақ болу керек жағдай болып табылады және ол сым сапасын өлшеуге арналған стандарттардың біріне айналды. Олай болса, тік бұрышты сым сигналды жіберуге қаншалықты әсер етеді? Негізінде, тік бұрышты бағыттау электр беру желісінің желісінің енін өзгертеді, бұл кедергіде үзіліс тудырады. Шын мәнінде, тек тік бұрышты бағыттау ғана емес, сонымен қатар бұрыштар мен өткір бұрышты бағыттау да кедергінің өзгеруіне әкелуі мүмкін.

Тік бұрышты бағыттаудың сигналға әсері негізінен үш аспектіде көрінеді:

Біреуі – бұрыш электр беру желісіндегі сыйымдылық жүктемесіне тең болуы мүмкін, бұл көтерілу уақытын бәсеңдетеді; екіншісі – кедергінің үзілуі сигналдың шағылысуын тудырады; үшінші – тік бұрышты ұшымен жасалған EMI.

Беріліс желісінің тік бұрышынан туындаған паразиттік сыйымдылықты келесі эмпирикалық формуламен есептеуге болады:

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

Жоғарыда келтірілген формулада C бұрыштың эквивалентті сыйымдылығын (бірлік: pF), W – іздің енін (бірлік: дюйм), εr – ортаның диэлектрлік өтімділігін, Z0 – сипаттамалық кедергіні білдіреді. беру желісінің. Мысалы, 4Mils 50 Ом электр беру желісі үшін (εr – 4.3), тік бұрышпен әкелінетін сыйымдылық шамамен 0.0101pF құрайды, содан кейін осыған байланысты көтерілу уақытының өзгеруін бағалауға болады:

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

Есептеу арқылы тік бұрыш ізі әкелетін сыйымдылық әсері өте аз екенін көруге болады.

Тік бұрышты іздің сызық ені ұлғайған сайын ондағы кедергі азаяды, сондықтан сигналдың белгілі бір шағылысу құбылысы пайда болады. Біз электр беру желісі тарауында айтылған кедергіні есептеу формуласына сәйкес желі ені артқаннан кейін баламалы кедергіні есептей аламыз, содан кейін эмпирикалық формула бойынша шағылысу коэффициентін есептей аламыз:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Әдетте, тік бұрышты сымдардың әсерінен болатын кедергінің өзгеруі 7%-20% құрайды, сондықтан максималды шағылысу коэффициенті шамамен 0.1 құрайды. Сонымен қатар, төмендегі суреттен көрініп тұрғандай, электр беру желісінің кедергісі W/2 желісінің ұзындығы ішінде минимумға дейін өзгереді, содан кейін W/2 уақытынан кейін қалыпты кедергіге оралады. Толық кедергіні өзгерту уақыты өте қысқа, көбінесе 10 сек ішінде. Ішінде мұндай жылдам және кішігірім өзгерістер жалпы сигнал беру үшін елеусіз дерлік.

Көптеген адамдар тік бұрышты сымдар туралы осындай түсінікке ие. Олар ұшты электромагниттік толқындарды беру немесе қабылдау және EMI ​​жасау оңай деп ойлайды. Бұл көптеген адамдар тік бұрышты сымдарды жүргізу мүмкін емес деп ойлайтын себептердің біріне айналды. Дегенмен, көптеген нақты сынақ нәтижелері түзу сызықтарға қарағанда тік бұрышты іздер айқын EMI шығармайтынын көрсетеді. Құрылғының ағымдағы өнімділігі мен сынақ деңгейі сынақтың дәлдігін шектейтін шығар, бірақ кем дегенде бұл мәселені көрсетеді. Тік бұрышты сымның сәулеленуі құралдың өлшеу қателігінен қазірдің өзінде аз.

Жалпы, тік бұрышты бағыттау елестеткендей қорқынышты емес. Кем дегенде ГГц-тен төмен қолданбаларда сыйымдылық, шағылысу, EMI және т.б. сияқты кез келген әсерлер TDR тестінде әрең көрсетілмейді. Жоғары жылдамдықты ПХД жобалау инженерлері әлі де орналасуға, қуат/жер дизайнына және сымдар дизайнына назар аударуы керек. Тесіктер және басқа аспектілер арқылы. Әрине, тік бұрышты сымның әсері өте ауыр болмаса да, бұл болашақта бәріміз тік бұрышты сымдарды пайдалана аламыз дегенді білдірмейді. Егжей-тегжейге назар аудару – әрбір жақсы инженерде болуы керек негізгі қасиет. Сонымен қатар, цифрлық схемалардың қарқынды дамуымен ПХБ инженерлер өңдейтін сигналдың жиілігі арта береді. 10 ГГц-тен жоғары РЖ дизайны саласында бұл кішкентай тік бұрыштар жоғары жылдамдықтағы мәселелердің фокусына айналуы мүмкін.

2. Дифференциалды бағыттау

Дифференциалды сигнал (DifferentialSignal) жоғары жылдамдықты тізбекті жобалауда көбірек қолданылады. Тізбектегі ең критикалық сигнал көбінесе дифференциалды құрылыммен жобаланады. Оны соншалықты танымал ететін не? ПХД дизайнында оның жақсы өнімділігін қалай қамтамасыз етуге болады? Осы екі сұрақ арқылы біз талқылаудың келесі бөлігіне көшеміз.

Дифференциалды сигнал дегеніміз не? Қарапайым тілмен айтқанда, жетекші ұшы екі тең және инверттелген сигналдарды жібереді, ал қабылдаушы ұшы екі кернеу арасындағы айырмашылықты салыстыру арқылы логикалық күйді «0» немесе «1» бағалайды. Дифференциалдық сигналдарды тасымалдайтын жұп іздер дифференциалдық іздер деп аталады.

Кәдімгі бір жақты сигнал ізімен салыстырғанда дифференциалдық сигналдар келесі үш аспектіде ең айқын артықшылықтарға ие:

а. Күшті кедергіге қарсы қабілет, өйткені екі дифференциалдық іздің байланысы өте жақсы. Сырттан шу кедергісі болған кезде, олар бір уақытта екі жолға дерлік қосылады, ал қабылдау ұшы тек екі сигнал арасындағы айырмашылыққа мән береді. Сондықтан сыртқы жалпы режим шуын толығымен жоюға болады. б. Ол EMI-ді тиімді түрде баса алады. Дәл сол себепті екі сигналдың қарама-қарсы полярлығына байланысты олардан сәулеленетін электромагниттік өрістер бірін-бірі жоққа шығаруы мүмкін. Ілініс неғұрлым тығыз болса, сыртқы әлемге соғұрлым аз электромагниттік энергия жіберіледі. в. Уақытты орналастыру дәл. Дифференциалды сигналдың қосқышының өзгеруі екі сигналдың қиылысында орналасқандықтан, анықтау үшін жоғары және төмен шекті кернеулерге байланысты қарапайым бір жақты сигналдан айырмашылығы, оған процесс пен температура аз әсер етеді, ол уақытында қатені азайту. , Сонымен қатар төмен амплитудалы сигнал тізбектері үшін қолайлы. Қазіргі танымал LVDS (төмен вольтты дифференциалды сигнализация) осы шағын амплитудалық дифференциалдық сигнал технологиясына жатады.

ПХД инженерлері үшін дифференциалды сымдардың осы артықшылықтарын нақты сымдарда толығымен пайдалануға болатынын қалай қамтамасыз ету керектігі ең маңызды болып табылады. Мүмкін, Layout-пен байланыста болған кез келген адам дифференциалды сымдардың жалпы талаптарын, яғни «тең ұзындық пен тең қашықтықты» түсінетін шығар. Бірдей ұзындық екі дифференциалдық сигналдың барлық уақытта қарама-қарсы полярлықты сақтауын және жалпы режим құрамдас бөлігін азайтуды қамтамасыз етеді; тең қашықтық негізінен екеуінің дифференциалдық кедергілерінің сәйкес болуын қамтамасыз ету және шағылысуларды азайту болып табылады. «Мүмкіндігінше жақын» кейде дифференциалды сымдардың талаптарының бірі болып табылады. Бірақ бұл ережелердің барлығы механикалық қолдану үшін қолданылмайды және көптеген инженерлер жоғары жылдамдықтағы дифференциалды сигнал берудің мәнін әлі түсінбейтін сияқты.

Төменде ПХД дифференциалдық сигналын жобалаудағы бірнеше жалпы түсінбеушіліктерге назар аударылады.

1-түсінбеу: дифференциалды сигналға кері жол ретінде жер жазықтығы қажет емес немесе дифференциалдық іздер бір-біріне қайтару жолын қамтамасыз етеді деп есептеледі. Бұл түсінбеушіліктің себебі олардың үстірт құбылыстармен шатасуы немесе сигналдың жоғары жылдамдықпен берілу механизмінің жеткілікті терең еместігі. 1-8-15-суреттің қабылдағыш ұшының құрылымынан Q3 және Q4 транзисторларының эмитенттік токтары тең және қарама-қарсы, ал олардың жердегі токтары бір-бірін дәл жойып жіберетінін көруге болады (I1=0), сондықтан дифференциалдық схема — Қуат пен жер жазықтығында болуы мүмкін ұқсас серпілістер және басқа шу сигналдары сезімтал емес. Жер бетіндегі жазықтықты ішінара қайтаруды жою дифференциалдық тізбек сигналдың қайтару жолы ретінде анықтамалық жазықтықты пайдаланбайтындығын білдірмейді. Шындығында, сигналды қайтару талдауында дифференциалды сым мен қарапайым бір жақты сымның механизмі бірдей, яғни жоғары жиілікті сигналдар әрқашан ең аз индуктивтілігі бар контур бойымен қайта ағып тұрады, ең үлкен айырмашылық мынада: жерге ілініс, дифференциалдық сызығының өзара байланысы да бар. Іліністің қай түрі күшті, қайсысы негізгі кері жолға айналады. 1-8-16 суретте бір жақты сигналдар мен дифференциалдық сигналдардың геомагниттік өрісінің таралу схемасы берілген.

ПХД тізбегінің конструкциясында дифференциалдық іздер арасындағы байланыс әдетте аз, көбінесе ілінісу дәрежесінің 10-20% ғана құрайды, ал одан да көп жерге байланыстыру болып табылады, сондықтан дифференциалды іздің негізгі қайтару жолы әлі де жерде бар. ұшақ. Жердегі жазықтық үзіліссіз болған кезде, дифференциалдық жолдар арасындағы байланыс 1-8-17-суретте көрсетілгендей, тірек жазықтығы жоқ аймақта негізгі қайтару жолын қамтамасыз етеді. Анықтамалық жазықтықтың үзілісінің дифференциалдық ізге әсері кәдімгі бір жақты іздегідей ауыр болмаса да, ол бәрібір дифференциалдық сигналдың сапасын төмендетеді және EMI-ді арттырады, оны мүмкіндігінше болдырмау керек. . Кейбір конструкторлар дифференциалды таратудағы кейбір жалпы режим сигналдарын басу үшін дифференциалдық іздің астындағы анықтамалық жазықтықты жоюға болады деп санайды. Дегенмен, бұл тәсіл теориялық тұрғыдан құптарлық емес. Кедергіні қалай басқаруға болады? Жалпы режим сигналы үшін жерге кедергі циклін қамтамасыз етпеу сөзсіз EMI сәулеленуін тудырады. Бұл әдіс пайдасынан гөрі зияны көп.

2-түсінбеу: тең қашықтықты сақтау жолдың ұзындығына сәйкес келуден маңыздырақ деп саналады. Нақты ПХД орналасуында бір уақытта дифференциалды дизайн талаптарын қанағаттандыру жиі мүмкін емес. Түтіктерді бөлу, өткізгіштер және сымдар кеңістігінің болуына байланысты желі ұзындығын сәйкестендіру мақсатына дұрыс орау арқылы қол жеткізу керек, бірақ нәтиже дифференциалдық жұптың кейбір аймақтары параллель бола алмайды. Бұл уақытта не істеуіміз керек? Қай таңдау? Қорытынды жасамас бұрын, келесі модельдеу нәтижелерін қарастырайық.

Жоғарыда келтірілген модельдеу нәтижелерінен 1-схема мен 2-схеманың толқын пішіндері дерлік сәйкес келетінін көруге болады, яғни тең емес аралықтан туындаған әсер минималды. Салыстырмалы түрде алғанда, сызық ұзындығының сәйкессіздігінің уақытқа әсері әлдеқайда көп. (3-сызба). Теориялық талдаудан сәйкес келмейтін аралық дифференциалдық кедергінің өзгеруіне әкелетін болса да, дифференциалдық жұп арасындағы байланыс маңызды емес болғандықтан, кедергінің өзгеру диапазоны да өте аз, әдетте 10% шегінде, бұл тек бір өтуге тең. . Тесіктен туындаған шағылысу сигналдың берілуіне айтарлықтай әсер етпейді. Сызықтың ұзындығы сәйкес келмегеннен кейін, уақыт ығысуынан басқа, дифференциалды сигналға жалпы режим компоненттері енгізіледі, бұл сигналдың сапасын төмендетеді және EMI ​​арттырады.

ПХД дифференциалдық іздерін жобалаудағы ең маңызды ереже сәйкес келетін сызық ұзындығы деп айтуға болады, ал басқа ережелер дизайн талаптарына және практикалық қолданбаларға сәйкес икемді түрде өңделуі мүмкін.

3-түсінбеу: дифференциалды сым өте жақын болуы керек деп ойлаңыз. Дифференциалдық іздерді жақын ұстау олардың байланысын жақсартудан басқа ештеңе емес, бұл шуға қарсы иммунитетті жақсартып қана қоймайды, сонымен қатар сыртқы әлемге электромагниттік кедергілерді жою үшін магнит өрісінің қарама-қарсы полярлығын толық пайдалана алады. Бұл тәсіл көп жағдайда өте пайдалы болғанымен, ол абсолютті емес. Егер біз олардың сыртқы кедергілерден толық қорғалғанын қамтамасыз ете алсақ, онда кедергіге қарсы қол жеткізу үшін күшті байланыстырудың қажеті жоқ. Және EMI-ны басу мақсаты. Дифференциалды іздердің жақсы оқшаулануын және экрандалуын қалай қамтамасыз ете аламыз? Басқа сигнал іздерімен аралықты ұлғайту ең негізгі әдістердің бірі болып табылады. Электромагниттік өріс энергиясы қашықтықтың квадратына қарай азаяды. Әдетте, жол аралығы сызық енінен 4 есе асқанда, олардың арасындағы интерференция өте әлсіз болады. Елемеу мүмкін. Сонымен қатар, жер үсті арқылы оқшаулау да жақсы қорғаныс рөлін атқара алады. Бұл құрылым жиі жоғары жиілікті (10G-ден жоғары) IC пакеттік ПХД дизайнында қолданылады. Ол қатаң дифференциалдық кедергіні қамтамасыз ете алатын CPW құрылымы деп аталады. Басқару (2Z0), 1-8-19-суретте көрсетілгендей.

Дифференциалдық жолдар әртүрлі сигнал деңгейлерінде де жұмыс істей алады, бірақ бұл әдіс әдетте ұсынылмайды, өйткені әртүрлі қабаттар шығаратын кедергілер мен жолдардағы айырмашылықтар дифференциалды режимді беру әсерін бұзады және жалпы режимдегі шуды тудырады. Сонымен қатар, егер көрші екі қабат тығыз байланыспаса, дифференциалды іздің шуға қарсы тұру қабілетін төмендетеді, бірақ айналадағы іздерден тиісті арақашықтықты сақтай алсаңыз, қиылысу қиындық тудырмайды. Жалпы жиіліктерде (ГГц-тен төмен) EMI күрделі мәселе болмайды. Тәжірибе көрсеткендей, дифференциалдық ізден 500 миль қашықтықта сәулелену энергиясының әлсіреуі 60 метр қашықтықта 3 дБ-ге жетті, бұл FCC электромагниттік сәулелену стандартын қанағаттандыру үшін жеткілікті, сондықтан дизайнер де алаңдамауы керек. Дифференциалды сызықтың жеткіліксіз қосылуынан туындаған электромагниттік сәйкессіздік туралы көп.

3. Серпентин сызығы

Жылан сызығы – макетте жиі қолданылатын маршруттау әдісінің түрі. Оның негізгі мақсаты – жүйе уақытын жобалау талаптарын қанағаттандыру үшін кешіктіруді реттеу. Дизайнер ең алдымен осындай түсінікке ие болуы керек: серпентиндік сызық сигналдың сапасын бұзады, беру кідірісін өзгертеді және сымдарды қосу кезінде оны пайдаланудан аулақ болуға тырысады. Дегенмен, нақты дизайнда сигналдың жеткілікті уақытты ұстап тұруын қамтамасыз ету немесе сигналдардың бір тобы арасындағы уақыт ығысуын азайту үшін жиі сымды әдейі орау қажет.

Сонымен, серпентиндік сызық сигналдың берілуіне қандай әсер етеді? Сымдарды қосқанда неге назар аудару керек? Ең маңызды екі параметр – 1-8-21-суретте көрсетілгендей параллель қосылыс ұзындығы (Lp) және ілінісу қашықтығы (S). Сигнал серпентиндік ізде берілгенде, параллель сызық сегменттері дифференциалды режимде біріктірілетіні анық. S кішірек және Lp неғұрлым үлкен болса, соғұрлым қосылу дәрежесі жоғары болады. Бұл жіберу кідірісін азайтуы мүмкін және сигнал сапасы айқаспаға байланысты айтарлықтай төмендейді. Механизм 3-тараудағы жалпы режимді және дифференциалды режимді айқастыруды талдауға сілтеме жасай алады.

Төменде серпентиндік сызықтармен жұмыс істеу кезінде орналасу инженерлеріне арналған кейбір ұсыныстар берілген:

1. Параллель сызық кесінділерінің арақашықтығын (S) ұлғайтуға тырысыңыз, кем дегенде 3H артық, H сигнал ізінен тірек жазықтыққа дейінгі қашықтықты білдіреді. Қарапайым тілмен айтқанда, бұл үлкен иілуді айналып өту. S жеткілікті үлкен болғанша, өзара байланыс әсерін толығымен болдырмауға болады. 2. Муфтаның ұзындығын Lp азайтыңыз. Қосарланған Lp кідірісі сигналдың көтерілу уақытына жақындағанда немесе одан асқанда, жасалған айқаспа қанықтылыққа жетеді. 3. Strip-Line немесе Embedded Micro-жолағының серпентиндік сызығынан туындаған сигналды беру кідірісі Микро-жолаққа қарағанда аз. Теориялық тұрғыдан, жолақ сызығы дифференциалды режимнің айқасуына байланысты беру жылдамдығына әсер етпейді. 4. Жоғары жылдамдықты сигнал желілері үшін және қатаң уақыт талаптары барлар үшін, әсіресе шағын аумақтарда серпентиндік сызықтарды қолданбауға тырысыңыз. 5. Кез келген бұрышта серпентиндік іздерді жиі қолдануға болады, мысалы, 1-8-20-суреттегі С құрылымы, бұл өзара ілінісуді тиімді азайтады. 6. Жоғары жылдамдықты ПХД дизайнында серпентиндік желіде сүзгілеу немесе кедергіге қарсы қабілеті жоқ және тек сигнал сапасын төмендете алады, сондықтан ол тек уақытты сәйкестендіру үшін пайдаланылады және басқа мақсатқа ие емес. 7. Кейде орама үшін спиральды бағыттауды қарастыруға болады. Модельдеу оның әсері кәдімгі серпентинді бағыттаудан жақсырақ екенін көрсетеді.