Išdėstymas yra vienas iš pagrindinių darbo įgūdžių PCB dizainas inžinierius. Laidų kokybė tiesiogiai paveiks visos sistemos veikimą, didžiąją dalį greitojo projektavimo teorijos turi galutinai įgyvendinti ir patikrinti „Layout“, todėl galima pastebėti, kad laidai yra labai svarbūs projektuojant greitą PCB. Toliau bus atsižvelgta į faktinius laidus, kurie gali susidurti su tam tikromis situacijomis, jų racionalumo analizę ir pateikti šiek tiek labiau optimizuotą maršruto strategiją. Daugiausia iš dešinės kampo linijos, skirtumo linijos, gyvatės linijos ir pan.

1. Stačiakampė linija

Stačiojo kampo laidai paprastai reikalingi, kad būtų išvengta PCB laidų situacijos, ir beveik tapo vienu iš standartų, skirtų laidų kokybei matuoti, taigi, kokį poveikį signalo perdavimui turės stačiojo kampo laidai? Iš esmės, stačiojo kampo laidai pakeis perdavimo linijos plotį, dėl to atsiras varža. Tiesą sakant, ne tik stačioji kampo linija, tonas kampas, aštri kampo linija gali sukelti varža.

Stačiojo kampo derinimo įtaka signalui daugiausia atsispindi trimis aspektais: pirma, kampas gali prilygti perdavimo linijos talpinei apkrovai, sulėtindamas pakilimo laiką; Antra, impedancijos nepertraukiamumas sukels signalo atspindį; Trečia, EMI, kurį sukuria dešiniojo kampo galas.

Parazitinę talpą, kurią sukelia perdavimo linijos stačiasis kampas, galima apskaičiuoti pagal šią empirinę formulę:

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

Aukščiau pateiktoje formulėje C reiškia ekvivalentinę talpą kampe (pF), W reiškia linijos plotį (colį), ε R reiškia terpės dielektrinę konstantą, o Z0 yra būdinga perdavimo varža linija. Pvz., 4Mils 50 omų perdavimo linijos (εr 4.3) stačiojo kampo talpa yra apie 0.0101 pF, o kilimo laiko kitimą galima įvertinti:

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

Iš skaičiavimo matyti, kad stačiakampio laido sukeltas talpos efektas yra labai mažas.

Didėjant tiesiojo kampo linijos pločiui, varža šioje vietoje sumažės, todėl atsiras tam tikras signalo atspindžio reiškinys. Mes galime apskaičiuoti lygiavertę varžą, kai linijos plotis padidėja pagal impedanso skaičiavimo formulę, nurodytą perdavimo linijų skyriuje, ir tada apskaičiuoti atspindžio koeficientą pagal empirinę formulę: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), bendras stačiakampis laidas, dėl kurio varža keičiasi nuo 7%iki 20%, taigi maksimalus atspindžio koeficientas yra apie 0.1. Be to, kaip matyti iš toliau pateikto paveikslo, perdavimo linijos varža keičiasi iki minimumo per W/2 linijos ilgį, o po W/2 laiko atkuria normalią varžą. Visas impedanso keitimo laikas yra labai trumpas, paprastai per 10 sekundžių. Toks greitas ir nedidelis pokytis yra beveik nereikšmingas bendram signalo perdavimui.

Daugelis žmonių turi tokį supratimą apie stačiakampį maršrutą, manydami, kad antgalį lengva skleisti ar priimti elektromagnetines bangas ir sukurti EMI, o tai tapo viena iš priežasčių, kodėl daugelis žmonių mano, kad nukreipimas stačiu kampu yra neįmanomas. Tačiau daugelis praktinių bandymų rezultatų rodo, kad stačiojo kampo linija nesukuria daug EMI nei tiesi linija. Galbūt dabartinis prietaiso veikimas ir bandymo lygis riboja bandymo tikslumą, tačiau bent jau tai rodo, kad stačiojo kampo linijos spinduliuotė yra mažesnė už paties prietaiso matavimo paklaidą. Apskritai, išlyginimas stačiu kampu nėra toks baisus, kaip gali atrodyti. Bent jau žemesnėse nei GHz programose bet koks poveikis, pvz., Talpa, atspindys, EMI ir kt., Beveik neatsispindi TDR testuose. Greitųjų PCB projektavimo inžinierius turėtų sutelkti dėmesį į išdėstymą, galios/žemės dizainą, laidų dizainą, perforaciją ir kt. Nors, žinoma, stačiakampio linijos poveikis nėra labai rimtas, tačiau tai nereiškia, kad galime eiti stačia kampine linija, dėmesys detalėms yra esminė kiekvieno gero inžinieriaus savybė, o sparčiai tobulėjant skaitmeninėms grandinėms , PCB inžinieriai, apdorojantys signalo dažnį, taip pat toliau tobulės iki daugiau nei 10 GHZ RF projektavimo lauko, Šie maži stačiakampiai gali tapti didelio greičio problemų centru.

2. Skirtumas

„DifferenTIal Signal“ plačiai naudojamas projektuojant greitąsias grandines. Svarbiausias grandinės signalas yra „DifferenTIal Signal“ dizainas. Kaip užtikrinti gerą jo veikimą kuriant PCB? Turėdami omenyje šiuos du klausimus, pereiname prie kitos diskusijos dalies.

Kas yra diferencinis signalas? Paprasta anglų kalba vairuotojas siunčia du lygiaverčius ir apverstus signalus, o imtuvas palygina dviejų įtampų skirtumą, kad nustatytų, ar loginė būsena yra „0“, ar „1“. Laidų pora, perduodanti diferencinius signalus, vadinama diferencialiniais laidais.

Palyginti su įprastu vienpusio signalo nukreipimu, diferencinis signalas turi akivaizdžiausius privalumus šiais trimis aspektais:

A. Stiprus anti-trukdžių gebėjimas, nes sujungimas tarp dviejų diferencialinių linijų yra labai geras, kai yra triukšmo trukdžių, jie yra beveik susieti su dviem linijomis vienu metu, o imtuvui rūpi tik skirtumas tarp dviejų signalų, todėl išorinį bendro režimo triukšmą galima visiškai panaikinti.

B. Jis gali veiksmingai slopinti EMI. Panašiai, kadangi du signalai yra priešingo poliškumo, jų skleidžiamas elektromagnetinis laukas gali panaikinti vienas kitą. Kuo arčiau jungtis, tuo mažiau elektromagnetinės energijos išsiskiria į išorinį pasaulį.

C. Laiko padėties nustatymas yra tikslus. Kadangi diferencinių signalų perjungimo pakeitimas yra dviejų signalų sankirtoje, skirtingai nuo įprastų vienpusių signalų, kurie vertinami pagal aukštą ir žemą slenksčio įtampą, jį mažiau veikia procesas ir temperatūra, o tai gali sumažinti laiko klaidas ir yra tinkamesnė grandinėms su mažos amplitudės signalais. LVDS (žemos įtampos diferencinis signalizavimas) reiškia šią mažos amplitudės diferencinio signalo technologiją.

PCB inžinieriams svarbiausias rūpestis yra tai, kaip užtikrinti, kad šie diferencinio maršruto pranašumai būtų visiškai išnaudojami faktiniame maršrute. Galbūt tol, kol jis liečiasi su maketu, žmonės supras bendruosius diferencinio maršruto reikalavimus, ty „vienodo ilgio, vienodo atstumo“. Izometrinis turi užtikrinti, kad du diferenciniai signalai visada išlaikytų priešingą poliškumą, sumažintų bendro režimo komponentą; Izometrinis yra daugiausia skirtas užtikrinti tą pačią diferencinę varžą, sumažinti atspindį. „Kiek įmanoma arčiau“ kartais yra vienas iš diferencinio maršruto reikalavimų. Tačiau nė viena iš šių taisyklių nėra skirta taikyti mechaniškai, ir atrodo, kad daugelis inžinierių nesupranta greitųjų diferencinių signalų pobūdžio. Toliau dėmesys sutelkiamas į keletą įprastų PCB diferencinio signalo dizaino klaidų.

1 klaidinga nuomonė: diferencialiniams signalams nereikia įžeminimo plokštumos kaip atgalinio srauto kelio, arba manykite, kad diferencialinės linijos viena kitai suteikia grįžtamojo srauto kelią. Šio nesusipratimo priežastį supainioja paviršiaus reiškinys, arba greito signalo perdavimo mechanizmas nėra pakankamai gilus. Kaip matyti iš priėmimo galo konstrukcijos Fig. 1-8-15, tranzistorių Q3 ir Q4 spinduliuotės srovės yra lygiavertės ir priešingos, o jų srovė sandūroje tiksliai panaikina viena kitą (I1 = 0). Todėl diferencinė grandinė yra nejautri panašiems įžeminimo sviediniams ir kitiems triukšmo signalams, kurie gali egzistuoti maitinimo šaltinyje ir įžeminimo plokštumoje. Dalinis atgalinio srauto nutraukimas įžeminimo plokštumoje nereiškia, kad diferencinė grandinė neima atskaitos plokštumos kaip signalo grįžimo kelio. Tiesą sakant, atliekant signalų grįžtamojo srauto analizę, diferencinio maršruto sudarymo mechanizmas yra toks pat kaip įprasto vieno galo maršruto, būtent aukštas

Dažnio signalas visada teka atgal išilgai grandinės su mažiausiu induktyvumu. Didžiausias skirtumas yra tas, kad skirtumo linija turi ne tik sujungimą su žeme, bet ir jungtį tarpusavyje. Stiprus sujungimas tampa pagrindiniu atgalinio srauto keliu.

Projektuojant PCB grandinę, jungtis tarp diferencialinių laidų paprastai yra maža, paprastai sudaro tik 10 ~ 20% sukabinimo laipsnio, o didžioji dalis movos yra su žeme, todėl pagrindinis diferencinių laidų grįžtamasis kelias vis dar egzistuoja žemėje lėktuvas. Esant nepertraukiamumui vietinėje plokštumoje, sujungimas tarp diferencialinių maršrutų suteikia pagrindinį atgalinio srauto kelią regione be atskaitos plokštumos, kaip parodyta Fig. 1-8-17. Nors atskaitos plokštumos nepertraukiamumo įtaka diferencialiniams laidams nėra tokia rimta kaip įprastų vieno galo laidų, vis tiek sumažės diferencinio signalo kokybė ir padidės EMI, o to reikėtų kiek įmanoma vengti. Kai kurie dizaineriai mano, kad diferencinės perdavimo linijos atskaitos plokštumą galima pašalinti, kad būtų slopinama dalis bendro režimo signalo diferencialiniame perdavime, tačiau teoriškai toks požiūris nėra pageidautinas. Kaip valdyti impedanciją? Nesuteikiant įžeminimo varžos kilpos bendrojo režimo signalui, EMI spinduliuotė tikrai sukels, o tai daro daugiau žalos nei naudos.

2 mitas: išlaikyti vienodus tarpus yra svarbiau nei suderinti eilutės ilgį. Esant tikram PCB laidui, jis dažnai negali atitikti diferencinio dizaino reikalavimų. Dėl kaiščių, skylių ir laidų erdvės pasiskirstymo ir kitų veiksnių būtina pasiekti linijos ilgio suderinimo tikslą per atitinkamą apviją, tačiau rezultatas neišvengiamai yra skirtumų poros dalis, kuri šiuo metu negali būti lygiagreti rinktis? Prieš darydami išvadas, pažvelkime į šiuos modeliavimo rezultatus. Iš aukščiau pateiktų modeliavimo rezultatų matyti, kad 1 schemos ir 2 schemos bangos formos beveik sutampa, tai yra, nevienodo tarpo įtaka yra minimali, o linijos ilgio neatitikimo įtaka laiko sekai yra daug didesnė (3 schema) . Teorinės analizės požiūriu, nors dėl nenuoseklaus atstumo pasikeis skirtumo varža, tačiau kadangi pati skirtumo poros sąsaja nėra reikšminga, todėl varžos pokyčių diapazonas taip pat yra labai mažas, paprastai ne didesnis kaip 10%, tik lygiavertis į skylės sukeltą atspindį, kuris nepadarys didelio poveikio signalo perdavimui. Kai linijos ilgis nesutampa, be laiko sekos poslinkio, į diferencinį signalą įvedami įprasti režimo komponentai, o tai sumažina signalo kokybę ir padidina EMI.

Galima sakyti, kad svarbiausia PCB diferencialinių laidų konstrukcijos taisyklė yra atitikti linijos ilgį, o kitos taisyklės gali būti lanksčiai tvarkomos pagal projektavimo reikalavimus ir praktinius pritaikymus.

Trečia klaidinga nuomonė: manau, kad skirtumo linija turi remtis labai arti. Skirtumų linijų laikymas arti vienas kito yra ne kas kita, kaip jų sujungimo stiprinimas, siekiant pagerinti jų atsparumą triukšmui ir pasinaudoti priešingu magnetinio lauko poliškumu, kad būtų pašalintos elektromagnetinės trukdys iš išorinio pasaulio. Nors šis metodas daugeliu atvejų yra labai palankus, jis nėra absoliutus. Jei jie gali būti visiškai apsaugoti nuo išorinių trukdžių, mums nebereikia pasiekti anti-trukdžių ir EMI slopinimo tikslo stipriai susiejant vienas kitą. Kaip užtikrinti, kad diferencialinis maršrutas būtų gerai izoliuotas ir ekranuotas? Atstumo tarp linijų ir kitų signalų didinimas yra vienas iš pagrindinių būdų. Elektromagnetinio lauko energija mažėja priklausomai nuo atstumo kvadratinio santykio. Paprastai, kai atstumas tarp eilučių yra daugiau nei 4 kartus didesnis už linijos plotį, trukdžiai tarp jų yra labai silpni ir į juos iš esmės galima nekreipti dėmesio. Be to, izoliacija per įžeminimo plokštumą taip pat gali užtikrinti gerą ekranavimo efektą. Ši struktūra dažnai naudojama aukšto dažnio (virš 10G) IC supakuotose PCB konstrukcijose, žinomose kaip CPW struktūra, siekiant užtikrinti griežtą diferencialinės varžos valdymą (2Z0). 1-8-19.

Diferencialinis maršrutas taip pat gali būti atliekamas skirtinguose signalo sluoksniuose, tačiau tai paprastai nerekomenduojama, nes skirtumai, tokie kaip varža ir skylės skirtinguose sluoksniuose, gali sunaikinti diferencinio režimo perdavimo efektą ir įvesti bendro režimo triukšmą. Be to, jei du gretimi sluoksniai nėra glaudžiai sujungti, diferencialinio maršruto gebėjimas atsispirti triukšmui sumažės, tačiau perėjimas nėra problema, jei išlaikomas tinkamas atstumas su aplinkiniu maršrutu. Bendru dažniu (žemiau GHz) EMI nebus rimta problema. Eksperimentai rodo, kad diferencialinių linijų, kurių atstumas 500 milimetrų, spinduliuotės energijos slopinimas viršija 3 metrus, pasiekė 60 dB, o tai pakanka, kad atitiktų FCC ELECTROMAGNETIC spinduliuotės standartą. Todėl dizaineriams nereikia per daug jaudintis dėl elektromagnetinio nesuderinamumo, kurį sukelia nepakankamas diferencialinių linijų sujungimas.

3. serpantinas

Makete dažnai naudojama serpantino linija. Pagrindinis jo tikslas yra pakoreguoti laiko uždelsimą ir atitikti sistemos laiko projektavimo reikalavimus. Dizaineriai pirmiausia turėtų suprasti, kad serpantininė viela pablogins signalo kokybę, pakeis perdavimo uždelsimą ir to reikėtų vengti laidų metu. Tačiau praktiškai, siekiant užtikrinti pakankamą signalų laikymo laiką arba sutrumpinti laiko poslinkį tarp tos pačios signalų grupės, apvija turi būti atlikta sąmoningai.

Taigi, ką serpantinas daro signalui perduoti? Į ką turėčiau atkreipti dėmesį eidamas linija? Du svarbiausi parametrai yra lygiagretus sukabinimo ilgis (Lp) ir sukabinimo atstumas (S), kaip parodyta Fig. 1-8-21. Akivaizdu, kad kai signalas perduodamas serpantine linija, tarp lygiagrečių linijų segmentų bus sujungimas skirtumo režimu. Kuo mažesnis S, tuo didesnis Lp ir didesnis sujungimo laipsnis. Dėl to gali sumažėti perdavimo vėlavimas ir žymiai pablogėti signalo kokybė dėl perėjimo, kaip aprašyta 3 skyriuje, skirtame bendro režimo ir diferencinio režimo kryžminio ryšio analizei.

Štai keletas patarimų maketavimo inžinieriams, dirbantiems su serpantinais:

1. Pabandykite padidinti lygiagrečios linijos atkarpos atstumą (S), kuris yra bent didesnis nei 3H. H reiškia atstumą nuo signalo linijos iki atskaitos plokštumos. Paprastai tariant, reikia imtis didelės kreivės. Kol S yra pakankamai didelis, sukabinimo efekto galima beveik visiškai išvengti.

2. Sumažinus sukabinimo ilgį Lp, sukuriamas susikirtimas pasieks sodrumą, kai Lp delsimas du kartus priartės arba viršys signalo kilimo laiką.

3. Signalo perdavimo vėlavimas, kurį sukelia į gyvatę panaši juostelės linija arba įterpta mikrojuostelė, yra mažesnė nei mikrojuostelės. Teoriškai juostos linija neturi įtakos perdavimo greičiui dėl diferencinio režimo perėjimo.

4. Greitaeigėms ir signalinėms linijoms, kurioms taikomi griežti laiko reikalavimai, stenkitės nevaikščioti serpantininėmis linijomis, ypač mažame plote.

5. Dažnai gali būti naudojamas serpantino maršrutas bet kokiu kampu. C struktūra fig. 1-8-20 gali veiksmingai sumažinti tarpusavio sujungimą.

6. Greitojo PCB konstrukcijoje serpentinas neturi vadinamųjų filtravimo ar apsaugos nuo trukdžių galimybių ir gali tik sumažinti signalo kokybę, todėl jis naudojamas tik laiko nustatymui ir jokiais kitais tikslais.

7. Kartais galima apsvarstyti spiralinę apviją. Modeliavimas rodo, kad jo poveikis yra geresnis už įprastą serpantino apviją.