Izkārtojums ir viena no pamata darba iemaņām PCB dizains inženieris. Elektroinstalācijas kvalitāte tieši ietekmēs visas sistēmas darbību, lielākā daļa ātrgaitas projektēšanas teorijas beidzot ir jārealizē un jāpārbauda Layout, tāpēc var redzēt, ka elektroinstalācijai ir izšķiroša nozīme ātrgaitas PCB projektēšanā. Tālāk tiks ņemts vērā faktiskais vadu savienojums, kas var rasties dažās situācijās, tā racionalitātes analīze un sniegt vēl optimizētāku maršrutēšanas stratēģiju. Galvenokārt no labās leņķa līnijas, starpības līnijas, čūskas līnijas un tā tālāk trīs aspektus, kas jāizstrādā.

1. Taisnstūra pārejas līnija

Taisnā leņķa elektroinstalācija parasti ir nepieciešama, lai izvairītos no situācijas PCB elektroinstalācijā, un tā ir gandrīz kļuvusi par vienu no elektroinstalācijas kvalitātes mērīšanas standartiem, un cik liela ietekme uz signāla pārraidi būs leņķa elektroinstalācijai? Principā taisnleņķa elektroinstalācija mainīs pārvades līnijas līnijas platumu, kā rezultātā radīsies pretestības pārtraukums. Faktiski ne tikai taisnā leņķa līnija, tonnu leņķis, akūtā leņķa līnija var izraisīt pretestības izmaiņas.

Taisnā leņķa izlīdzināšanas ietekmi uz signālu galvenokārt atspoguļo trīs aspekti: pirmkārt, stūris var būt līdzvērtīgs pārvades līnijas kapacitatīvajai slodzei, palēninot pacelšanās laiku; Otrkārt, pretestības pārtraukums izraisīs signāla atspoguļojumu; Treškārt, EMI, ko rada labā leņķa uzgalis.

Pārvades līnijas taisnā leņķa izraisīto parazītu kapacitāti var aprēķināt pēc šādas empīriskās formulas:

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

Iepriekšminētajā formulā C attiecas uz ekvivalento kapacitāti stūrī (pF), W attiecas uz līnijas platumu (collas), ε R attiecas uz barotnes dielektrisko konstanti un Z0 ir pārraides raksturīgā pretestība līnija. Piemēram, 4Mils 50 omu pārvades līnijai (εr 4.3) taisnleņķa kapacitāte ir aptuveni 0.0101pF, un var novērtēt pieauguma laika izmaiņas:

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

No aprēķiniem var redzēt, ka taisnleņķa elektroinstalācijas radītais kapacitātes efekts ir ārkārtīgi mazs.

Palielinoties taisnleņķa līnijas līnijas platumam, pretestība šajā vietā samazināsies, tāpēc būs zināma signāla atstarošanas parādība. Mēs varam aprēķināt ekvivalento pretestību pēc līnijas platuma palielināšanās saskaņā ar impedances aprēķina formulu, kas minēta pārvades līniju sadaļā, un pēc tam aprēķināt atstarošanas koeficientu pēc empīriskās formulas: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), vispārējā taisnleņķa elektroinstalācija, kā rezultātā pretestība mainās no 7%līdz 20%, tāpēc maksimālais atstarošanas koeficients ir aptuveni 0.1. Turklāt, kā redzams zemāk redzamajā attēlā, pārvades līnijas pretestība mainās līdz minimumam W/2 līnijas garumā un pēc W/2 laika atjauno normālo pretestību. Laiks visai pretestības maiņai ir ļoti īss, parasti 10 sekunžu laikā. Šādas ātras un nelielas izmaiņas vispārējai signāla pārraidei ir gandrīz niecīgas.

Daudziem cilvēkiem ir šāda izpratne par taisnā leņķa maršrutēšanu, uzskatot, ka uzgali ir viegli izstarot vai uztvert elektromagnētiskos viļņus un radīt EMI, kas ir kļuvis par vienu no iemesliem, kāpēc daudzi uzskata, ka taisnā leņķa maršrutēšana nav iespējama. Tomēr daudzi praktisko testu rezultāti rāda, ka taisnleņķa līnija nerada daudz EMI nekā taisna līnija. Varbūt pašreizējā instrumenta veiktspēja un pārbaudes līmenis ierobežo testa precizitāti, bet vismaz tas parāda, ka taisnleņķa līnijas starojums ir mazāks nekā paša instrumenta mērījumu kļūda. Kopumā taisnā leņķa izlīdzināšana nav tik briesmīga, kā varētu šķist. Vismaz lietojumos zem GHz jebkādi efekti, piemēram, kapacitāte, atstarošana, EMI utt., TDR testos gandrīz netiek atspoguļoti. Ātrgaitas PCB projektēšanas inženierim jākoncentrējas uz izkārtojumu, jaudas/zemes dizainu, elektroinstalācijas dizainu, perforāciju utt. Lai gan, protams, taisnstūra pārejas līnijas ietekme nav ļoti nopietna, taču tas nenozīmē, ka mēs varam iet taisnā leņķa līnijā, uzmanība detaļām ir katra laba inženiera būtiskā kvalitāte, un, strauji attīstoties digitālajām shēmām , PCB inženieri, kas apstrādā signāla frekvenci, arī turpinās uzlaboties līdz vairāk nekā 10 GHZ RF projektēšanas laukam, Šie mazie taisnleņķi var kļūt par ātrgaitas problēmu fokusu.

2. Atšķirība no

DifferenTIal Signal tiek plaši izmantots ātrgaitas shēmas projektēšanā. Vissvarīgākais signāls ķēdē ir DifferenTIal Signal dizains. Kā nodrošināt tā labu sniegumu PCB dizainā? Paturot prātā šos divus jautājumus, mēs pārietam uz mūsu diskusijas nākamo daļu.

Kas ir diferenciālais signāls? Vienkāršā angļu valodā vadītājs nosūta divus līdzvērtīgus un apgriežamus signālus, un uztvērējs salīdzina abu spriegumu starpību, lai noteiktu, vai loģiskais stāvoklis ir “0” vai “1”. Vadu pāri, kas pārvadā diferenciālos signālus, sauc par diferenciālajiem vadiem.

Salīdzinot ar parasto vienvirziena signāla maršrutēšanu, diferenciālajam signālam ir visredzamākās priekšrocības šādos trīs aspektos:

A. Spēcīga pret traucējumu spēja, jo savienojums starp divām diferenciālām līnijām ir ļoti labs, ja ir trokšņa traucējumi, tie ir gandrīz savienoti ar divām līnijām vienlaikus, un uztvērējam rūp tikai atšķirība starp diviem signāliem, tāpēc ārējo kopējā režīma troksni var pilnībā atcelt.

B. Tas var efektīvi nomākt EMI. Līdzīgi, tā kā diviem signāliem ir pretēja polaritāte, to izstarotais elektromagnētiskais lauks var atcelt viens otru. Jo tuvāk atrodas sakabe, jo mazāk elektromagnētiskās enerģijas izdalās ārpasaulei.

C. Laika pozicionēšana ir precīza. Tā kā diferenciālo signālu pārslēgšanas maiņa atrodas divu signālu krustojumā, atšķirībā no parastajiem vienvirziena signāliem, kurus vērtē pēc augsta un zema sliekšņa sprieguma, to mazāk ietekmē process un temperatūra, kas var samazināt laika kļūdas un ir piemērotāka ķēdēm ar zemas amplitūdas signāliem. LVDS (zemsprieguma diferenciālais signāls) attiecas uz šo mazās amplitūdas diferenciālo signālu tehnoloģiju.

PCB inženieriem vissvarīgākā problēma ir tas, kā nodrošināt, ka šīs diferenciālās maršrutēšanas priekšrocības var pilnībā izmantot faktiskajā maršrutēšanā. Varbūt, kamēr tas ir saskarē ar izkārtojumu, cilvēki sapratīs diferenciālās maršrutēšanas vispārējās prasības, tas ir, “vienāds garums, vienāds attālums”. Izometriskais ir nodrošināt, ka abi diferenciālie signāli vienmēr saglabā pretēju polaritāti, samazina kopējā režīma komponentu; Izometriskais galvenokārt ir paredzēts, lai nodrošinātu tādu pašu diferenciālo pretestību, samazinātu atstarošanos. Dažreiz viena no diferenciālās maršrutēšanas prasībām ir “pēc iespējas tuvāk”. Bet neviens no šiem noteikumiem nav paredzēts mehāniski piemērot, un šķiet, ka daudzi inženieri nesaprot ātrgaitas diferenciālās signalizācijas būtību. Tālāk ir pievērsta uzmanība vairākām izplatītām kļūdām PCB diferenciālā signāla dizainā.

Nepareizs priekšstats 1: Diferenciālajiem signāliem nav nepieciešama iezemētā plakne kā atpakaļplūsmas ceļš, vai arī uzskata, ka diferenciālās līnijas nodrošina pretplūsmas ceļu viena otrai. Šī pārpratuma cēloni mulsina virsmas parādība, vai arī ātrgaitas signāla pārraides mehānisms nav pietiekami dziļš. Kā redzams no uztvērēja gala struktūras fig. 1-8-15, tranzistoru Q3 un Q4 emitētāju strāvas ir līdzvērtīgas un pretējas, un to strāva krustojumā precīzi atceļ viena otru (I1 = 0). Tāpēc diferenciālā ķēde ir nejutīga pret līdzīgiem zemes projektoriem un citiem trokšņa signāliem, kas var pastāvēt barošanas avotā un iezemējuma plaknē. Zemes plaknes daļēja pretplūsmas atcelšana nenozīmē, ka diferenciālā ķēde neņem atskaites plakni par signāla atgriešanās ceļu. Faktiski signālu pretplūsmas analīzē diferenciālās maršrutēšanas mehānisms ir tāds pats kā parastā viena gala maršrutēšanas mehānisms, proti, augsts

Frekvences signāls vienmēr plūst atpakaļ pa ķēdi ar mazāko induktivitāti. Lielākā atšķirība ir tāda, ka atšķirības līnijai ir ne tikai sakabe ar zemi, bet arī savienojums starp otru. Spēcīgā sakabe kļūst par galveno pretplūsmas ceļu.

PCB shēmas konstrukcijā sakabe starp diferenciālo vadu parasti ir maza, parasti veido tikai 10 ~ 20% no sakabes pakāpes, un lielākā daļa sakabes ir uz zemes, tāpēc diferenciālo vadu galvenais atpakaļplūsmas ceļš joprojām pastāv zemē lidmašīna. Pārtraukuma gadījumā vietējā plaknē savienojums starp diferenciālajiem ceļiem nodrošina galveno atpakaļplūsmas ceļu reģionā bez atskaites plaknes, kā parādīts attēlā. 1-8-17. Lai gan atskaites plaknes pārtraukuma ietekme uz diferenciālo elektroinstalāciju nav tik nopietna kā parastā viengabala elektroinstalācijai, tā tomēr samazinās diferenciālā signāla kvalitāti un palielinās EMI, no kā vajadzētu pēc iespējas izvairīties. Daži dizaineri uzskata, ka diferenciālās pārraides līnijas atskaites plakni var noņemt, lai nomāktu daļu no kopējā režīma signāla diferenciālajā pārraidē, taču teorētiski šī pieeja nav vēlama. Kā kontrolēt pretestību? Nenodrošinot zemes pretestības cilpu kopējā režīma signālam, noteikti radīsies EMI starojums, kas nodara vairāk ļauna nekā laba.

2. mīts. Vienādas atstarpes saglabāšana ir svarīgāka par rindas garuma saskaņošanu. Faktiskajā PCB elektroinstalācijā tas bieži vien nespēj izpildīt diferenciālā dizaina prasības. Sakarā ar tapu, caurumu un elektroinstalācijas vietas sadalījumu un citiem faktoriem, ir nepieciešams sasniegt līnijas garuma saskaņošanas mērķi, izmantojot atbilstošu tinumu, taču rezultāts neizbēgami ir daļa no atšķirību pāra, kas šobrīd nevar būt paralēls izvēlēties? Pirms mēs izdarām secinājumus, apskatīsim šādus simulācijas rezultātus. No iepriekš minētajiem simulācijas rezultātiem var redzēt, ka 1. shēmas un 2. shēmas viļņu formas gandrīz sakrīt, tas ir, nevienlīdzīgas atstarpes ietekme ir minimāla, un līnijas garuma neatbilstības ietekme ir daudz lielāka uz laika secību (3. shēma) . No teorētiskās analīzes viedokļa, lai gan nekonsekventi atstarpes novedīs pie atšķirību pretestības izmaiņām, bet tāpēc, ka savienojums starp atšķirību pāri nav būtisks, tāpēc arī pretestības izmaiņu diapazons ir ļoti mazs, parasti 10%robežās, tikai līdzvērtīgs uz atstarojumu, ko izraisa caurums, kas neradīs būtisku ietekmi uz signāla pārraidi. Kad līnijas garums ir nesaskaņots, papildus laika secības nobīdei diferenciālajā signālā tiek ieviesti parastā režīma komponenti, kas samazina signāla kvalitāti un palielina EMI.

Var teikt, ka vissvarīgākais PCB diferenciālo vadu konstrukcijas noteikums ir atbilstība līnijas garumam, un citus noteikumus var elastīgi apstrādāt atbilstoši konstrukcijas prasībām un praktiskiem pielietojumiem.

Trešais nepareizs uzskats: domājiet, ka atšķirības līnijai jābalstās ļoti tuvu. Atšķirības līniju tuvuma turēšana nav nekas cits kā to sakabes palielināšana, lai uzlabotu to imunitāti pret troksni un izmantotu magnētiskā lauka pretējās polaritātes priekšrocības, lai izslēgtu elektromagnētiskos traucējumus no ārpasaules. Lai gan šī pieeja vairumā gadījumu ir ļoti labvēlīga, tā nav absolūta. Ja tos var pilnībā pasargāt no ārējiem traucējumiem, tad mums vairs nav jāsasniedz mērķis traucējumu novēršanai un EMI slāpēšanai, spēcīgi savienojot viens otru. Kā nodrošināt, lai diferenciālā maršrutēšana būtu labi izolēta un aizsargāta? Attāluma palielināšana starp līnijām un citiem signāliem ir viens no vienkāršākajiem veidiem. Elektromagnētiskā lauka enerģija samazinās līdz ar attāluma kvadrātisko attiecību. Parasti, ja attālums starp līnijām ir vairāk nekā 4 reizes lielāks par līnijas platumu, traucējumi starp tiem ir ārkārtīgi vāji un tos var ignorēt. Turklāt izolācija caur iezemēto plakni var nodrošināt arī labu ekranēšanas efektu. Šo struktūru bieži izmanto augstas frekvences (virs 10G) IC iepakotajos PCB dizainos, kas pazīstami kā CPW struktūra, lai nodrošinātu stingru diferenciālās pretestības kontroli (2Z0). 1-8-19.

Diferenciālo maršrutēšanu var veikt arī dažādos signāla slāņos, taču tas parasti nav ieteicams, jo atšķirības, piemēram, pretestība un caurumi dažādos slāņos, var iznīcināt diferenciālā režīma pārraides efektu un ieviest parasta režīma troksni. Turklāt, ja abi blakus esošie slāņi nav cieši savienoti, diferenciālās maršrutēšanas spēja pretoties troksnim tiks samazināta, taču šķērsruna nav problēma, ja tiek saglabāta atbilstoša atstarpe ar apkārtējo maršrutu. Vispārējā frekvencē (zem GHz) EMI nebūs nopietna problēma. Eksperimenti rāda, ka diferenciālo līniju starojuma enerģijas vājināšanās, kuru attālums ir 500 Mils, pārsniedzot 3 metrus, ir sasniegusi 60 dB, kas ir pietiekami, lai izpildītu FCC ELECTROMAGNETIC starojuma standartu. Tāpēc dizaineriem nav pārāk jāuztraucas par elektromagnētisko nesaderību, ko izraisa nepietiekama diferenciālo līniju savienošana.

3. serpentīns

Izkārtojumā bieži tiek izmantota serpentīna līnija. Tās galvenais mērķis ir pielāgot laika aizkavi un atbilst sistēmas laika plānošanas prasībām. Dizaineriem vispirms vajadzētu saprast, ka serpentīna vads iznīcinās signāla kvalitāti, mainīs pārraides aizkavi un no tā jāizvairās, veicot elektroinstalāciju. Tomēr praktiskajā dizainā, lai nodrošinātu pietiekamu signālu turēšanas laiku vai samazinātu laika nobīdi starp vienu un to pašu signālu grupu, apzināti jāveic tinumi.

Tātad, ko serpentīns dara, lai pārraidītu signālu? Kam jāpievērš uzmanība, ejot pa līniju? Divi viskritiskākie parametri ir paralēlais sakabes garums (Lp) un sakabes attālums (S), kā parādīts attēlā. 1-8-21. Acīmredzot, kad signāls tiek pārraidīts serpentīna līnijā, starp paralēlo līniju segmentiem būs savienojums atšķirības režīmā. Jo mazāks S, jo lielāks Lp, un jo lielāka būs savienojuma pakāpe. Tā rezultātā var samazināties pārraides aizkave un ievērojami samazināties signāla kvalitāte pārrāvuma dēļ, kā aprakstīts 3. nodaļā kopējā režīma un diferenciālā režīma šķērsrunas analīzei.

Šeit ir daži padomi izkārtojuma inženieriem, strādājot ar serpentīniem:

1. Mēģiniet palielināt paralēlās līnijas segmenta attālumu (S), kas ir vismaz lielāks par 3H. H attiecas uz attālumu no signāla līnijas līdz atskaites plaknei. Vispārīgi runājot, tas ir jāņem liels līkums. Kamēr S ir pietiekami liels, sakabes efektu var gandrīz pilnībā izvairīties.

2. Samazinot sakabes garumu Lp, radītā šķērsruna sasniegs piesātinājumu, kad Lp kavēšanās divas reizes tuvojas vai pārsniedz signāla pieauguma laiku.

3. Signāla pārraides aizkavēšanās, ko izraisa čūskai līdzīga sloksnes līnijas līnija vai iegultā mikro sloksne, ir mazāka nekā mikro sloksnes. Teorētiski lentes līnija neietekmē pārraides ātrumu diferenciālā režīma šķērsrunas dēļ.

4. Ātrgaitas un signālu līnijām ar stingrām laika noteikšanas prasībām mēģiniet nestaigāt serpentīna līnijas, it īpaši nelielā teritorijā.

5. Bieži var izmantot serpentīna maršrutu jebkurā leņķī. C struktūra attēlā. 1-8-20 var efektīvi samazināt savienojumu savā starpā.

6. Ātrgaitas PCB konstrukcijā serpentīnam nav tā sauktās filtrēšanas vai pretiekaisuma spējas, un tas var tikai samazināt signāla kvalitāti, tāpēc to izmanto tikai laika saskaņošanai un citiem mērķiem.

7. Dažreiz var apsvērt spirālveida tinumu. Simulācija rāda, ka tā iedarbība ir labāka par parasto serpentīna tinumu.