Макет – бул эң негизги жумуш көндүмдөрүнүн бири PCB дизайны инженер. Зымдардын сапаты бүт системанын иштөөсүнө түздөн-түз таасирин тийгизет, жогорку ылдамдыктагы дизайн теориясынын көбү акыры Layout тарабынан ишке ашырылышы жана текшерилиши керек, андыктан зымдарды жогорку ылдамдыктагы ПХБ дизайнында чечүүчү мааниге ээ экенин көрүүгө болот. Төмөндө иш жүзүндө өткөргүчтөр кээ бир кырдаалдарга туш болушу мүмкүн, анын рационалдуулугуна талдоо жүргүзүлөт жана бир аз оптималдаштырылган багыттоо стратегиясы берилет. Негизинен оң бурч линиясынан, айырмачылык сызыгынан, жылан сызыгынан ж.б.

1. Тик бурчтуу сызык

Түз бурчтуу зым жалпысынан ПХБдагы зымдардын абалынан оолак болуу үчүн талап кылынат жана зымдардын сапатын өлчөө үчүн дээрлик стандарттардын бири болуп калды, андыктан оң бурчтуу зымдар сигналды өткөрүүгө канчалык таасир этет? Негизи, оң бурчтуу зым электр берүү линиясынын линиясынын туурасын өзгөртөт, натыйжада импеданс үзгүлтүккө учурайт. Чынында, бир гана оң бурч сызыгы эмес, тон бурчу, курч бурч сызыгы импеданс өзгөрүүлөргө алып келиши мүмкүн.

Туура бурчту тегиздөө сигналга тийгизген таасири негизинен үч аспектте чагылдырылат: биринчиден, бурч электр берүү линиясындагы сыйымдуулук жүктөмүнө барабар болуп, көтөрүлүү убактысын жайлатат; Экинчиден, импеданс үзгүлтүгү сигналдын чагылышын пайда кылат; Үчүнчүдөн, EMI оң бурчтун учу менен жаратылган.

Электр өткөргүч линиясынын туура бурчтан келип чыккан мите сыйымдуулугун төмөнкү эмпирикалык формула менен эсептесе болот:

C = 61W (Эр) 1/2/Z0

Жогорудагы формулада C бурчтагы эквиваленттүү сыйымдуулукту билдирет (pF), W линиянын туурасын (дюйм), ε R чөйрөнүн диэлектрдик туруктуулугун билдирет жана Z0 – өткөрүүнүн мүнөздүү импедансы. сызык Мисалы, 4Mils 50 ohm электр берүү линиясы үчүн (4.3.r 0.0101), туура бурчтун сыйымдуулугу болжол менен XNUMXpF, жана өсүү убактысынын өзгөрүүсүн баалоого болот:

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

Бул туура бурчтуу зымдардын алып келген сыйымдуулугунун эффектиси өтө аз экенин эсептөөдөн көрүүгө болот.

Туура бурчтуу линиянын сызык туурасы көбөйгөн сайын, бул учурда импеданс азаят, андыктан белгилүү бир сигналдын чагылуу кубулушу болот. Биз линиянын туурасы электр берүү линияларынын бөлүмүндө айтылган импеданс эсептөө формуласына ылайык көбөйгөндөн кийин эквиваленттүү импедансты эсептей алабыз, андан кийин эмпирикалык формула боюнча чагылуу коэффициентин эсептейбиз: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), импеданс 7%-20%ортосунда өзгөргөн жалпы оң бурчтуу зым, андыктан чагылуунун максималдуу коэффициенти болжол менен 0.1. Мындан тышкары, төмөнкү сүрөттөн көрүнүп тургандай, электр берүү линиясынын импедансы W/2 линиясынын узундугунда минимумга чейин өзгөрөт, андан кийин W/2 убакыттан кийин кадимки импеданска кайра келет. Бүт импеданс өзгөртүү убактысы өтө кыска, адатта 10 сек ичинде. Мындай тез жана кичине өзгөрүү жалпы сигналды берүү үчүн дээрлик жокко эсе.

Көптөр оң бурчтуу багыттоо жөнүндө мындай түшүнүккө ээ, анткени учу электромагниттик толкундарды чыгарууга же алууга жана EMI чыгарууга оңой деп ишенишет, бул көптөгөн адамдардын туура бурчтуу багыттоо мүмкүн эмес деп ойлошунун себептеринин бири болуп калды. Бирок, көптөгөн практикалык тесттердин жыйынтыктары көрсөткөндөй, тик бурчтуу линия түз сызыкка караганда көп EMI өндүрбөйт. Балким, учурдагы прибордун иштеши жана тесттин деңгээли тесттин тактыгын чектейт, бирок, жок дегенде, бул туура бурчтуу линиянын нурлануусу прибордун өлчөө катасынан аз экенин көрсөтөт. Жалпысынан алганда, туура бурчту тегиздөө көрүнгөндөй коркунучтуу эмес. Жок дегенде GHzтен төмөн болгон колдонмолордо сыйымдуулук, чагылуу, EMI ж. Жогорку ылдамдыктагы ПХБнын конструктору макетке, күчкө/жерге дизайнга, зымдардын дизайнына, тешилишине ж. Албетте, тик бурчтуу линиянын таасири анча деле олуттуу эмес, бирок биз туура бурч сызыгын баса алабыз деп айтууга болбойт, деталдарга көңүл буруу ар бир жакшы инженерлер үчүн маанилүү сапат жана санариптик схемалардын тез өнүгүшү менен. , PCB инженерлери сигналдын жыштыгын иштеп чыгууну жакшыртат, 10 ГГцтен ашык RF дизайн талаасына чейин, Бул кичинекей оң бурчтар жогорку ылдамдыктагы көйгөйлөрдүн чордонуна айланышы мүмкүн.

2. Айырмасы

DifferenTIal Сигнал жогорку ылдамдыктагы схема дизайнында кеңири колдонулат. Райондогу эң маанилүү сигнал – бул DifferenTIal Signal дизайны. PCB дизайнында анын жакшы иштешин кантип камсыз кылуу керек? Ушул эки суроону эске алып, биз талкуунун кийинки бөлүгүнө өтөбүз.

Дифференциалдык сигнал деген эмне? Жөнөкөй англис тилинде айдоочу эки эквиваленттүү жана тескери сигналды жөнөтөт, алуучу логикалык абалдын “0” же “1” экенин аныктоо үчүн эки чыңалуунун ортосундагы айырманы салыштырат. Дифференциалдык сигналдарды алып жүргөн жуп зым дифференциалдык зымдар деп аталат.

Кадимки бир учтуу сигналды багыттоого салыштырмалуу дифференциалдык сигнал төмөнкү үч аспектте эң ачык артыкчылыктарга ээ:

A. Күчкө каршы тоскоолдук кылуу жөндөмү, анткени эки дифференциалдык линиянын ортосундагы кошулуу абдан жакшы, ызы-чуу аралашуусу болгондо, алар бир эле учурда дээрлик эки линияга кошулат жана кабыл алуучу эки сигналдын ортосундагы айырманы ойлойт, Ошентип, тышкы жалпы режимдеги ызы-чууну толугу менен жокко чыгарууга болот.

B. Бул эффективдүү EMIди басаңдата алат. Ошо сыяктуу эле, эки сигнал карама -каршы полярдыкта болгондуктан, алар чыгарган электромагниттик талаа бири -бирин жокко чыгара алат. Кошуу канчалык жакын болсо, электромагниттик энергия ошончолук сырткы дүйнөгө чыгарылат.

C. Убакытты аныктоо так. Дифференциалдык сигналдардын которулушунун өзгөрүшү эки сигналдын кесилишинде жайгашкандыктан, жогорку жана төмөнкү чыңалуу чыңалуусу менен бааланган бирдиктүү жалпы сигналдардан айырмаланып, процесске жана температурага анча таасир этпейт, бул убакыт каталарын азайта алат жана ылайыктуу төмөн амплитудалуу сигналдары бар схемалар үчүн. LVDS (төмөн чыңалуудагы айырмачылыктар) бул кичинекей амплитудалык дифференциалдуу сигнал технологиясына тиешелүү.

ПХБ инженерлери үчүн, эң маанилүү маселе – бул дифференциалдык маршруттун бул артыкчылыктарын иш жүзүндө маршрутта толугу менен колдонууну камсыз кылуу. Балким, ал Layout менен байланышта болгондо, адамдар дифференциалдык маршруттун жалпы талаптарын түшүнүшөт, башкача айтканда, “бирдей узундук, бирдей аралык”. Изометрикалык – бул эки дифференциалдык сигналдын дайыма карама -каршы полярдыкты сактоосун камсыз кылуу, жалпы режимдин компонентин азайтуу; Изометрикалык негизинен ошол эле дифференциалдык импеданс камсыз кылуу, чагылтууну азайтуу. “Мүмкүн болушунча жакын” кээде дифференциалдык маршрутка коюлган талаптардын бири болуп саналат. Бирок бул эрежелердин эч бири механикалык түрдө колдонулууга тийиш эмес жана көптөгөн инженерлер жогорку ылдамдыктагы дифференциалдуу сигнализациянын табиятын түшүнүшпөйт окшойт. Төмөндө ПХБ дифференциалдык сигналын иштеп чыгууда бир нече жалпы каталарга басым жасалат.

Туура эмес түшүнүк 1: Дифференциалдык сигналдарга арткы жол катары жердин тегиздиги кереги жок же дифференциалдык линиялар бири -бири үчүн артка агым жолун камсыз кылат деп ойлошот. Бул түшүнбөстүктүн себеби жер үстүндөгү феномен менен чаташтырылган, же жогорку ылдамдыкта сигнал берүү механизми жетишерлик терең эмес. Кабыл алуучу учунун структурасынан көрүнүп тургандай. 1-8-15, Q3 жана Q4 транзисторлорунун эмитирдик токтору эквиваленттүү жана карама-каршы, жана алардын кесилишиндеги ток бири-бирин такыр жокко чыгарат (I1 = 0). Демек, дифференциалдык схема электр менен камсыздоодо жана жердеги учакта болушу мүмкүн болгон окшош жер проекцияларына жана башка ызы -чуу сигналдарына сезгич эмес. Жер бетиндеги тегиздиктин жарым -жартылай жокко чыгарылышы дифференциалдык схема сигналдын кайтуу жолу катары маалымдама тегиздигин албайт дегенди билдирбейт. Чындыгында, сигналдын артка агымын талдоодо дифференциалдык маршруттун механизми кадимки бир учтуу маршрутка окшош, тактап айтканда, жогорку

Жыштык сигналы дайыма эң кичине индуктивдүүлүккө ээ болгон схема боюнча кайра агат. Эң чоң айырмачылык – бул айырма сызыгы жерге гана эмес, ошондой эле бири -бирине туташууга ээ. Күчтүү бириктирүү негизги артка кетүүчү жол болуп калат.

ПХБ схемасында, дифференциалдуу зымдардын ортосундагы бириктирүү жалпысынан кичине, адатта кошуу даражасынын 10 ~ 20% ын гана түзөт жана кошкучтун көбү жерге туура келет, андыктан дифференциалдуу зымдардын негизги арткы жолу дагы эле жерде бар учак Жергиликтүү тегиздикте үзгүлтүккө учураган учурда, дифференциалдык маршруттардын ортосундагы кошулуу Фиг. 1-8-17. Эталондук учактын үзгүлтүксүздүгүнүн дифференциалдуу зымдарга тийгизген таасири кадимки бир учтуу зымдарга караганда анча деле олуттуу болбосо да, ал дагы эле дифференциалдык сигналдын сапатын төмөндөтөт жана мүмкүн болушунча оолак болуу керек болгон EMIди жогорулатат. Кээ бир дизайнерлер дифференциалдык берүүнүн линиясынын маалымдама тегиздиги дифференциалдуу берүүдө жалпы режим сигналынын бир бөлүгүн басуу үчүн алынып салынат деп ишенишет, бирок теориялык жактан бул ыкма каалабайт. Импедансты кантип көзөмөлдөө керек? Жалпы режимдеги сигнал үчүн жерге импеданс циклин бербестен, EMI нурлануусу пайда болот, бул пайдасынан зыяны көп.

Уламыш 2: Бирдей аралыкты сактоо саптын дал келишине караганда алда канча маанилүү. Чыныгы PCB зымдарында, көбүнчө дифференциалдуу дизайндын талаптарына жооп бере албайт. Пиндердин, тешиктердин, зымдардын мейкиндигинин жана башка факторлордун бөлүштүрүлүшүнөн улам, линиянын узундугу дал келген ором аркылуу дал келүү максатын ишке ашыруу үчүн зарыл, бирок натыйжа сөзсүз түрдө айырмачылыктын түгөйүнүн параллелдүү болушу мүмкүн эмес. тандоо? Корутунду чыгарардан мурун, келгиле, симуляциянын төмөнкү жыйынтыктарын карап көрөлү. Жогорудагы симуляциялык жыйынтыктардан көрүнүп тургандай, 1 -схема менен 2 -схеманын толкун формалары дээрлик дал келет, башкача айтканда, бирдей эмес интервалдын таасири минималдуу, жана линиянын узундугунун дал келбестигинин таасири убакыттын ырааттуулугуна караганда алда канча чоң (Схема 3) . Теориялык анализдин көз карашынан алганда, дал келбөөчүлүк айырма импедансынын өзгөрүшүнө алып келет, бирок айырмачылыктын жуптарынын бири -бири менен байланышы анча чоң эмес болгондуктан, импеданс өзгөрүүлөрүнүн диапазону да өтө кичине, адатта 10%ичинде, эквивалент сигналдын өткөрүлүшүнө олуттуу таасирин тийгизбей турган тешиктен келип чыккан чагылууга. Сызыктын узундугу дал келбегенден кийин, убакыт ырааттуулугунун жылышынан тышкары, дифференциалдык сигналга жалпы режимдин компоненттери киргизилет, бул сигналдын сапатын төмөндөтөт жана EMIди жогорулатат.

Бул PCB дифференциалдуу зымдардын дизайнындагы эң маанилүү эреже линиянын узундугуна дал келет деп айтууга болот, жана башка эрежелер дизайн талаптарына жана практикалык колдонмолорго ылайык ийкемдүү түрдө иштетилиши мүмкүн.

Үч жаңылыш түшүнүк: айырмачылыктын чеги абдан жакын таянышы керек. Айырмалык сызыктарды бири -бирине жакын кармап туруунун мааниси, алардын чуусунан иммунитетин жогорулатуу үчүн жана магниттик талаанын карама -каршы полярлыгынан пайдаланып, тышкы дүйнөдөн келген электромагниттик тоскоолдуктарды жок кылуу үчүн, алардын кошулуусун жогорулатуудан башка эч нерсе эмес. Бул ыкма көпчүлүк учурларда абдан жагымдуу болгону менен, бул абсолюттук эмес. Эгерде алар тышкы кийлигишүүдөн толугу менен корголсо, анда биз мындан ары бири-бирибиз менен күчтүү бириктирүү аркылуу интерференцияга каршы жана EMIди басуу максаттарына жетүүнүн кажети жок. Дифференциалдык маршрут жакшы изоляция жана коргоого ээ болушун кантип камсыз кылуу керек? Саптар менен башка сигналдардын ортосундагы аралыкты жогорулатуу эң негизги жолдордун бири. Электромагниттик талаанын энергиясы аралыктын квадраттык катышы менен азаят. Жалпысынан алганда, сызыктардын ортосундагы аралык линиянын туурасынан 4 эсе көп болгондо, алардын ортосундагы кийлигишүү өтө алсыз жана негизинен этибарга алынбайт. Мындан тышкары, жер учагы аркылуу обочолонуу да жакшы коргой турган эффект бере алат. Бул түзүлүш көбүнчө катуу дифференциалдык импеданс контролун камсыз кылуу үчүн CPW структурасы деп аталган жогорку жыштыктагы (10Gдан жогору) IC пакеттелген PCB конструкцияларында колдонулат (2Z0), FIG. 1-8-19.

Дифференциалдык маршрут ар кандай сигнал катмарларында да жүргүзүлүшү мүмкүн, бирок бул сунушталбайт, анткени импеданс жана ар кандай катмардагы тешиктер аркылуу айырмачылыктар дифференциалдык режимдин эффектин жок кылып, жалпы режимдеги ызы -чууну киргизиши мүмкүн. Мындан тышкары, эгерде чектеш эки катмар тыгыз бирикпесе, дифференциалдык маршруттун ызы -чууга каршы туруу жөндөмдүүлүгү төмөндөйт, бирок тегеректелген маршрут менен туура аралык сакталып турса, кроссталк көйгөй эмес. Жалпы жыштыкта ​​(ГГцтен төмөн), EMI олуттуу көйгөй болбойт. Эксперименттер көрсөткөндөй, 500 метрден ары 3 миль болгон дифференциалдык линиялардын нурлануу энергиясынын өчүшү 60дБга жеткен, бул FCCдин ЭЛЕКТРОМАГНЕТТИК нурлануу стандартына жооп берүү үчүн жетиштүү. Ошондуктан, дизайнерлер дифференциалдык линиялардын жетишсиз кошулуусунан келип чыккан электромагниттик шайкешсиздик жөнүндө өтө көп тынчсыздануунун кажети жок.

3. серпентиттердин

Жылан сызыгы көбүнчө Макетте колдонулат. Анын негизги максаты – убакыттын кечигүүсүн тууралоо жана системанын убактысын долбоорлоонун талаптарына жооп берүү. Дизайнерлер адегенде серпентин зымы сигналдын сапатын бузаарын, берүүнүн кечигүүсүн өзгөртөөрүн жана зымдарды өткөрүүдө оолак болуу керек экенин түшүнүшү керек. Бирок, практикалык дизайнда, сигналдардын жетиштүү кармалышын камсыз кылуу үчүн же ошол эле сигналдар тобунун ортосундагы убакытты кыскартуу үчүн, ороону атайылап жүргүзүү керек.

Ошентип, жылан сигнал берүү үчүн эмне кылат? Сапта баратканда эмнеге көңүл бурушум керек? Эң критикалык эки параметр – параллель кошуу узундугу (Lp) жана бириктирүү алыстыгы (S). 1-8-21. Албетте, сигнал серпентин линиясында берилгенде, параллель сызык сегменттеринин ортосунда айырма режими түрүндө кошулуу болот. S кичине болсо, Lp чоңураак болот жана бириктирүү даражасы ошончолук чоң болот. Бул жалпы режимди жана дифференциалдык режимди талдоо үчүн 3 -бөлүмдө сүрөттөлгөндөй, өткөрүүнүн кечигүүсүн кыскартууга жана сигналдын сапатынын кескин төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн.

Бул жерде серпантиндер менен иштөөдө Layout инженерлери үчүн бир нече кеңештер бар:

1. Параллель сызык сегментинин аралыгын (S) көбөйтүүгө аракет кылыңыз, ал 3Hдан кем эмес. H сигнал линиясынан таяныч тегиздикке чейинки аралыкты билдирет. Жалпысынан алганда, бул чоң ийри сызыкты алуу. S жетишерлик чоң болгондо, кошулуу эффектинен дээрлик толугу менен оолак болууга болот.

2. Кошуу узундугу Lp кыскартылганда, Lp кечигүүсү сигналдын көтөрүлүү убактысынан эки эсе жакындаганда же андан ашканда, түзүлгөн кроссталк каныккандыкка жетет.

3. Жыландын сымал тилкесинин же Камтылган микро тилкенин айынан келип чыккан сигналдын кечигиши микро тилкеге ​​караганда кичине. Теориялык жактан алганда, лента линиясы дифференциалдык режимдин кесилишинен улам өткөрүү ылдамдыгына таасир этпейт.

4. Убактысы боюнча катуу талаптары бар жогорку ылдамдыктагы жана сигналдык линиялар үчүн, айрыкча кичинекей аймакта, серпентин линияларын баспоого аракет кылыңыз.

5. Кайсы бурчта болбосун жылан маршрутун көп учурда кабыл алууга болот. C структурасы. 1-8-20 эффективдүү түрдө бири-бири менен байланышты азайта алат.

6. Жогорку ылдамдыктагы ПХБ дизайнында серпентиндин чыпкалоо же кийлигишүүгө каршы жөндөмү жок жана сигналдын сапатын гана төмөндөтө алат, андыктан ал убакытты дал келтирүү үчүн жана башка максатта гана колдонулат.

7. Кээде спираль түрмөктөлүшү каралышы мүмкүн. Симуляция анын эффекти кадимки серпентиндик ороомо караганда жакшыраак экенин көрсөтөт.