Layout ji bo endezyarên sêwirana PCB-ê yek ji jêhatîbûna kar a herî bingehîn e. Qalîteya têlkirinê dê rasterast bandorê li performansa tevahiya pergalê bike. Pir teoriyên sêwirana bilez divê di dawiyê de bi navgîniya Layout ve bêne bicîh kirin û verast kirin. Tê dîtin ku têl di nav de pir girîng e PCB-leza bilind mînakkirin. Ya jêrîn dê rasyonalîteya hin rewşên ku dibe ku di têlkirina rastîn de rû bi rû werin analîz bike, û hin stratejiyên rêvekirinê yên xweşbîntir bide.

Ew bi giranî ji sê aliyan ve tê ravekirin: têl-goşeya rast, têlên cûda, û têlên serpentine.

1. Rêvekirina rast-angle

Têlên rast-goşe bi gelemperî rewşek e ku pêdivî ye ku di têlkirina PCB-ê de bi qasî ku gengaz jê were dûr xistin, û ew hema hema bûye yek ji standardên pîvandina qalîteya têlan. Ji ber vê yekê dê têl-goşeya rast-ê çiqas bandorek li ser veguheztina nîşanê hebe? Di prensîbê de, rêvekirina-goşeya rast dê firehiya xeta xeta veguheztinê biguhezîne, û bibe sedema domdariya di impedansê de. Bi rastî, ne tenê rêvekirina goşeya rast, lê di heman demê de quncik û rêça akût-goşe jî dibe sedema guhertinên impedansê.

Bandora rêça rast-goşeya li ser sînyalê bi piranî di sê aliyan de tê xuyang kirin:

Yek ev e ku quncik dikare bi barkirina kapasîtîf ​​a li ser xeta veguheztinê re wekhev be, ku dema rabûnê hêdî dike; ya duyemîn ev e ku domdariya impedansê dê bibe sedema ronîkirina nîşanê; ya sêyemîn EMI-ya ku ji hêla tîpa goşeya rast ve hatî çêkirin e.

Kapasîteya parazît a ku ji hêla goşeya rastê ya xeta veguheztinê ve hatî çêkirin dikare bi formula jêrîn ya ezmûnî were hesibandin:

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

Di formula jorîn de, C behsa kapasîteya wekhev a quncikê dike (yekîneyek: pF), W vedigere firehiya şopê (yekîneyek: inç), εr vedibêje domdariya dielektrîkî ya navîn, û Z0 impedansiya taybetmendiyê ye. ya xeta veguhestinê. Mînakî, ji bo xetek veguheztinê 4Mils 50 ohm (εr 4.3 e), kapasîteya ku ji hêla goşeya rast ve hatî peyda kirin bi qasî 0.0101 pF ye, û dûv re guherîna dema bilindbûnê ya ku ji ber vê yekê hatî çêkirin dikare were texmîn kirin:

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

Bi hesabkirinê re tê dîtin ku bandora kapasîteyê ya ku ji hêla şopa rast-goşeyê ve hatî derxistin pir piçûk e.

Her ku firehiya rêza şopa goşeya rastê zêde dibe, dê impedance li wir kêm bibe, ji ber vê yekê diyardeyek xuyangkirina nîşanê dê çêbibe. Piştî ku firehiya xetê li gorî formula hesabkirina impedansê ya ku di beşa xêza veguheztinê de hatî destnîşan kirin, em dikarin impedansê hevwate bihesibînin piştî ku firehiya xetê zêde bibe, û dûv re li gorî formula ampîrîkî rêjeya refleksê hesab bikin:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Bi gelemperî, guheztina impedansê ya ku ji hêla têl-goşeya rast ve hatî çêkirin di navbera 7% -20% de ye, ji ber vê yekê rêjeya refleksê ya herî zêde bi qasî 0.1 e. Digel vê yekê, wekî ku ji jimareya jêrîn tê dîtin, impedansa xeta veguheztinê di nav dirêjahiya xeta W/2 de herî kêm diguhezîne, û dûv re piştî dema W/2 vedigere impedansa normal. Tevahiya dema guhertina impedansê pir kurt e, pir caran di nav 10ps de. Di hundurê de, guheztinên wusa zû û piçûk ji bo veguheztina sînyala gelemperî hema hema neguhez in.

Gelek kes vê têgihîştina têl-goşeya rast heye. Ew difikirin ku tîp hêsan e ku pêlên elektromagnetîk veguhezîne an werbigire û EMI çêbike. Ev bûye yek ji wan sedemên ku gelek kes difikirin ku têl-goşeya rast nayê rêve kirin. Lêbelê, gelek encamên testê yên rastîn destnîşan dikin ku şopên rastgir dê ji xetên rast EMI-ya eşkere dernexin. Dibe ku performansa amûrê ya heyî û asta testê rastbûna ceribandinê sînordar dike, lê bi kêmanî ew pirsgirêkek destnîşan dike. Radyasyona têlên rastgir jixwe ji xeletiya pîvandinê ya amûrê bixwe piçûktir e.

Bi gelemperî, rêveçûna rast-goşe ne ew qas ku tê xeyal kirin ne tirsnak e. Bi kêmanî di serîlêdanên li jêr GHz de, her bandorên wekî kapasîteyê, refleks, EMI, hwd. bi zor di ceribandina TDR de têne xuyang kirin. Endezyarên sêwirana PCB-ya bilez divê hîn jî li ser sêwirana, sêwirana hêz / zevî, û sêwirana têlkirinê bisekinin. Bi rêya kun û aliyên din. Bê guman, her çend bandora têl-goşeya rast ne pir ciddî ye jî, ev nayê vê wateyê ku em hemî dikarin di pêşerojê de têlên rast-goşe bikar bînin. Baldarî li hûrguliyê kalîteya bingehîn e ku divê her endezyarek baş hebe. Wekî din, bi pêşkeftina bilez a dorhêlên dîjîtal, PCB Frekansa nîşana ku ji hêla endezyaran ve hatî hilberandin dê her ku diçe zêde bibe. Di warê sêwirana RF-ê de li jor 10GHz, dibe ku ev goşên rast ên piçûk bibin navenda pirsgirêkên leza bilind.

2. Routing Cûdahî

Nîşana Cûdahî (DifferentialSignal) di sêwirana çerxa leza bilind de her ku diçe bêtir tê bikar anîn. Nîşana herî krîtîk a di çerçoveyê de bi gelemperî bi avahiyek cûda tête sêwirandin. Çi ew qas populer dike? Meriv çawa performansa wê ya baş di sêwirana PCB de piştrast dike? Bi van her du pirsan, em derbasî beşa din a gotûbêjê dibin.

sînyala dîferansê çi ye? Bi gotinên laşî, dawiya ajotinê du sînyalên wekhev û berevajî dişîne, û dawiya wergir bi berhevkirina cûdahiya di navbera her du voltajan de rewşa mantiqî “0” an “1” dadbar dike. Ji cotê şopên ku îşaretên cudahiyê hildigirin, şopên dîferansêl tê gotin.

Li gorî şopên sînyala yek-dawî ya asayî, îşaretên cihêreng di sê aliyên jêrîn de xwedan avantajên herî diyar in:

yek. Kapasîteya dijî-destwerdanê ya bihêz, ji ber ku hevgirtina di navbera her du şopên cihêreng de pir baş e. Gava ku destwerdana dengek ji derve heye, ew hema hema di heman demê de bi du xêzan re têne hev kirin, û dawiya wergirtinê tenê ji cûdahiya di navbera her du nîşanan de eleqedar dibe. Ji ber vê yekê, dengê moda hevpar a derveyî dikare bi tevahî were betal kirin. b. Ew dikare bi bandor EMI tepeser bike. Ji ber heman sedemê, ji ber polarîteya berevajî ya her du îşaretan, qadên elektromagnetîk ên ku ji hêla wan ve têne belav kirin dikarin hevûdu betal bikin. Hevgirtin çiqas zexmtir be, enerjiya elektromagnetîk kêmtir ber bi cîhana derve ve tê derxistin. c. Positiona demjimêr rast e. Ji ber ku guheztina guheztina sînyala cudahiyê li xaçerêya her du îşaretan cih digire, berevajî sînyala yek-dawî ya asayî, ku ji bo destnîşankirina voltaja tîrêjê ya bilind û nizm ve girêdayî ye, ew ji pêvajo û germahiyê kêmtir bandor dibe, ku dikare di demê de xeletiyê kêm bikin. , Lê di heman demê de ji bo çerxên sînyala kêm-amplitudê jî maqûltir e. LVDS-ya populer a heyî (nîşandana voltajadiferansiya kêm) vê teknolojiya nîşana cûdahiya cûda ya piçûktir vedibêje.

Ji bo endezyarên PCB, fikara herî zêde ev e ku meriv çawa pê ewle dibe ku van avantajên têlên cihêreng bi tevahî di têlkirina rastîn de werin bikar anîn. Dibe ku her kesê ku bi Layout-ê re têkildar be dê hewcedariyên gelemperî yên têlên cûda, ango “dirêjiya wekhev û dûrahiya wekhev” fêm bike. Dirêjahiya wekhev ew e ku pê ewle bibe ku du îşaretên cihêreng her gav polarîteyên dijber diparêzin û pêkhateya moda hevpar kêm dikin; Dûrahiya wekhev bi gelemperî ew e ku pê ewle bibe ku impedansên cihêreng ên her du hevgirtî ne û refleks kêm bikin. “Her ku nêzîk dibe” carinan yek ji hewcedariyên têlkirina cûda ye. Lê van hemî qaîdeyan ji bo sepandina mekanîkî nayên bikar anîn, û gelek endezyar dixuye ku hîn jî cewhera veguheztina nîşana cihêreng a bilez fam nakin.

Ya jêrîn balê dikişîne ser çend xelet têgihiştinên hevpar di sêwirana nîşana cihêreng a PCB de.

Têgihiştinî 1: Tê bawer kirin ku sînyala cudahiyê wekî rêyek vegerê ne hewceyê balafirek erdê ye, an jî şopên cûda ji hev re rêyek vegerê peyda dikin. Sedema vê şaştêgihiştinê ew e ku ew ji ber diyardeyên rûvî tevlihev dibin, an jî mekanîzmaya veguheztina sînyala bi leza bilind têra xwe kûr nake. Ji avahiya dawiya wergirtinê ya Figure 1-8-15 tê dîtin ku tîrêjên emiter ên transîstorên Q3 û Q4 wekhev û dijber in, û herikên wan ên li erdê tam hevûdu betal dikin (I1=0). çerxa dîferansiyel e Bouns similar û îşaretên din ên dengî yên ku dibe ku li ser balafirên hêz û erdê hesas in. Betalkirina vegerê ya qismî ya balafira erdê nayê wê wateyê ku çerxa dîferansê balafira referansê wekî riya vegerê ya sînyalê bikar nayîne. Di rastiyê de, di analîza vegerandina sînyala de, mekanîzmaya têlkirina cihêreng û têlkirina yek-dawî ya asayî yek e, yanî îşaretên frekansa bilind her gav bi induktansa herî piçûk li ser lûkê vedigerin, cûdahiya herî mezin ev e ku ji bilî girêdana bi erdê re, xeta dîferansiyel jî bi hev ve girêdayî ye. Kîjan cureyê hevgirtinê xurt e, kîjan dibe rêya vegerê ya sereke. Xiflteya 1-8-16 şematokek belavkirina qada jeomagnetîkî ya sînyalên yek-dawî û îşaretên cihêreng e.

Di sêwirana dorhêla PCB de, pevgirêdana di navbera şopên cihêreng de bi gelemperî piçûk e, bi gelemperî tenê ji 10 heya 20% ji dereceya hevgirtinê tê hesibandin, û bêtir girêdana bi erdê re ye, ji ber vê yekê riya sereke ya vegerê ya şopa cihêreng hîn jî li ser erdê heye. balafir . Dema ku balafira zevî bênavber be, lihevhatina di navbera şopên cihêreng de dê riya vegerê ya sereke li deverê bêyî balafirek referansê peyda bike, wekî ku di Figure 1-8-17 de tê xuyang kirin. Her çend bandora veqetandina balafira referansê ya li ser şopa cihêreng ne bi qasî ya şopa yek-dawî ya asayî ciddî be jî, ew ê dîsa jî qalîteya sînyala cudahiyê kêm bike û EMI zêde bike, ku divê bi qasî ku gengaz jê were dûr xistin. . Hin sêwiraner bawer dikin ku balafira referansê ya di binê şopa cihêreng de dikare were rakirin da ku hin nîşanên moda hevpar di veguheztina cûda de bitepisîne. Lêbelê, ev nêzîkatî di teoriyê de nayê xwestin. Meriv çawa impedansê kontrol dike? Ji bo sînyala moda hevpar ne peydakirina kelekek impedansê ya erdê dê bê guman bibe sedema radyasyona EMI. Ev nêzîkatî ji feydeyê zêdetir zirarê dide.

Têgihîştina 2: Tê bawer kirin ku girtina cîhê wekhev ji berhevkirina dirêjahiya rêzê girîngtir e. Di sêwirana rastîn a PCB de, bi gelemperî ne gengaz e ku di heman demê de hewcedariyên sêwirana cihêreng bicîh bîne. Ji ber hebûna belavkirina pin, vias, û cîhê têlan, divê mebesta berhevkirina dirêjahiya rêzê bi pêlêdana rast were bidestxistin, lê encam divê ev be ku hin deverên cotê cûda nikaribin paralel bin. Di vê demê de divê em çi bikin? Kîjan hilbijartin? Berî ku em encaman derxînin, werin em li encamên simulasyonê yên jêrîn binêrin.

Ji encamên simulasyonê yên li jor, tê dîtin ku şikilên pêlên Scheme 1 û Scheme 2 hema hema lihevhatî ne, ango, bandora ku ji ber dûrbûna newekhev çêdibe hindik e. Di berhevdanê de, bandora lihevhatina dirêjahiya rêzê li ser demê pir mezintir e. (Şema 3). Ji analîza teorîkî, her çend dûrbûna nehevgirtî dê bibe sedema guhertina impedansê cihêreng, ji ​​ber ku pevgirêdana di navbera cotê dîferansê de bi xwe ne girîng e, rêjeya guherîna impedansê jî pir piçûk e, bi gelemperî di nav 10% de, ku tenê bi yek derbasbûnê re wekhev e. . Refleksiyona ku ji hêla qulikê ve hatî çêkirin dê bandorek girîng li ser veguhestina sînyalê neke. Dema ku dirêjahiya rêzê li hev nekeve, ji bilî veqetandina demê, hêmanên moda hevpar di nav sînyala cûda de têne destnîşan kirin, ku kalîteya sînyalê kêm dike û EMI zêde dike.

Dikare were gotin ku di sêwirana şopên cihêreng ên PCB de qaîdeya herî girîng dirêjahiya rêza hevaheng e, û qaîdeyên din dikarin li gorî hewcedariyên sêwiranê û sepanên pratîkî bi nermî werin rêve kirin.

Têgihîştina 3: Bifikirin ku têlên cûda divê pir nêzîk be. Nêzîk girtina şopên cihêreng ne tiştek din e ji zêdekirina hevgirtina wan, ku ne tenê dikare bêparastinê li hember dengan baştir bike, lê di heman demê de polarîteya berevajî ya qada magnetîkî jî bi tevahî bikar bîne da ku destwerdana elektromagnetîk a ji cîhana derve re bigire. Her çend ev nêzîkatî di pir rewşan de pir bikêr e, ew ne bêkêmasî ye. Ger em karibin piştrast bikin ku ew bi tevahî ji destwerdana derveyî têne parastin, wê hingê ne hewce ye ku em hevbendiyek bihêz bikar bînin da ku bigihîjin dijber-destwerdanê. Û armanca tepeserkirina EMI. Em çawa dikarin îzolasyon û parastina şopên cihêreng baş misoger bikin? Zêdekirina cihêbûnê bi şopên îşaretên din re yek ji awayên herî bingehîn e. Enerjiya qada elektromagnetîk bi çargoşeya dûrbûnê kêm dibe. Bi gelemperî, gava ku dûrahiya rêzê 4 carî ji firehiya rêzê derbas dibe, destwerdana di navbera wan de pir qels e. Dikare were paşguh kirin. Wekî din, îzolekirina ji hêla balafira erdê ve jî dikare rolek parastinê ya baş bilîze. Ev avahî bi gelemperî di sêwirana PCB ya pakêta IC-ê ya frekansa bilind (ji jor 10G) tê bikar anîn. Jê re avahiyek CPW tê gotin, ku dikare impedansa cûdahiya hişk peyda bike. Kontrol (2Z0), wek ku di Xiflteya 1-8-19 de tê nîşandan.

Şopên cihêreng dikarin di qatên nîşana cihêreng de jî bimeşin, lê ev rêbaz bi gelemperî nayê pêşniyar kirin, ji ber ku cûdahiyên di impedance û rêyên ku ji hêla qatên cûda ve têne hilberandin dê bandora veguheztina moda cihêreng hilweşîne û dengê moda hevpar destnîşan bike. Wekî din, heke du qatên cîran bi zexmî nebin, ew ê şiyana şopa cihêreng a li hember dengbêjiyê kêm bike, lê heke hûn dikarin dûriyek rast ji şopên derdorê biparêzin, crosstalk ne pirsgirêkek e. Li frekansên gelemperî (li jêr GHz), EMI dê pirsgirêkek ciddî nebe. Ceribandinan destnîşan kir ku kêmbûna enerjiya radyasyonê ya li dûrahiya 500 milî ji şopek cûda gihîştiye 60 dB li dûrahiya 3 metreyî, ku ev têra standarda tîrêjiya elektromagnetîk a FCC-yê dike, ji ber vê yekê sêwiraner ne hewce ye ku meriv jî xeman bike. pir li ser lihevnebûna elektromagnetîk a ku ji ber hevgirtina xeta cûda ya têrker çêdibe.

3. Xeta Serpentine

Rêza mar celebek rêbazek rêvekirinê ye ku pir caran di Layout de tê bikar anîn. Armanca wê ya sereke ew e ku derengiyê rast bike da ku daxwazên sêwirana demjimêra pergalê bicîh bîne. Sêwiraner divê pêşî vê têgihiştinê hebe: xeta serpentine dê kalîteya sînyalê hilweşîne, derengiya veguheztinê biguhezîne, û hewl bide ku ji karanîna wê di dema têlkirinê de dûr bixe. Lêbelê, di sêwirana rastîn de, ji bo ku pê ewle bibe ku îşaret bi têra xwe wextê ragirtinê heye, an jî ji bo kêmkirina dema veqetandinê di navbera heman koma sînyalan de, bi gelemperî pêdivî ye ku bi qestî têl biqelişe.

Ji ber vê yekê, xeta serpentine çi bandor li ser veguheztina sînyalê dike? Dema têlkirin divê ez bala xwe bidim çi? Du pîvanên herî krîtîk dirêjahiya hevberdanê ya paralel (Lp) û dûrbûna hevgirtinê (S) ne, wekî ku di jimar 1-8-21 de tê xuyang kirin. Eşkere ye, dema ku sînyala li ser şopa serpentîn tê veguheztin, dê beşên rêza paralel di moda cûda de bêne hev kirin. S-ya piçûktir û Lp-ya mezin, ew qas asta hevgirtinê jî mezintir dibe. Dibe ku ew bibe sedem ku derengiya veguheztinê kêm bibe, û kalîteya sînyalê ji ber xaçepirsînê pir kêm dibe. Mekanîzma dikare di Beşa 3-ê de li ser analîzkirina moda hevpar û moda cûdahiyê vebêje.

Li jêr hin pêşniyar hene ji bo endezyarên Layout dema ku bi xetên serpentine re mijûl dibin:

1. Biceribînin ku dûrahiya (S) ya beşên xeta paralel zêde bikin, bi kêmanî ji 3H mezintir, H ji dûrahiya ji şopa sînyalê heya balafira referansê vedibêje. Bi gotinên mirovî, ew e ku meriv li dora bendek mezin bigere. Heya ku S têra xwe mezin e, bandora hevberdanê hema hema bi tevahî dikare were dûr xistin. 2. Kêmkirina dirêjahiya hevgirtinê Lp. Gava ku derengiya Lp-ya ducar nêzik dibe an ji dema rabûna sînyalê derbas dibe, dê axaftina xaçerêya ku hatî çêkirin bigihîje têrbûnê. 3. Derengiya ragihandina sînyala ku ji hêla xeta serpentine ya Strip-Line an Micro-strip-a Embedded ve hatî çêkirin ji ya Micro-strip kêmtir e. Di teorîyê de, stripline dê bandorê li rêjeya veguheztinê ji ber xaça moda cihêreng neke. 4. Ji bo xetên sînyala bi lez û bez û yên ku bi hewcedariyên demkî yên hişk in, hewl bidin ku xetên serpentine bikar neynin, nemaze li deverên piçûk. 5. Hûn dikarin bi gelemperî şopên serpentine li her goşeyê bikar bînin, wek mînak avahiya C ya di Figure 1-8-20 de, ku dikare bi bandor lihevkirina hevdu kêm bike. 6. Di sêwirana PCB-ya bilez de, xeta serpentine xwedan şiyana bi navê fîlterkirin an dijî-destwerdanê nîne, û tenê dikare qalîteya nîşanê kêm bike, ji ber vê yekê ew tenê ji bo berhevkirina demê tê bikar anîn û ti armancek din tune. 7. Carinan hûn dikarin rêwîtiya spiral ji bo lêdanê bifikirin. Simulasyon nîşan dide ku bandora wê ji rêwîtiya serpentine ya normal çêtir e.