Распоредот е една од најосновните работни вештини на Дизајн на PCB инженер. Квалитетот на жици директно ќе влијае на перформансите на целиот систем, повеќето од теоријата за дизајн со голема брзина мора конечно да се реализира и потврди со Layout, така што може да се види дека жици се клучни во дизајнот на PCB со голема брзина. Следното ќе биде во поглед на вистинските жици што може да наидат на некои ситуации, анализа на неговата рационалност и да дадат пооптимизирана стратегија за рутирање. Главно од десната аголна линија, различна линија, змиска линија и така натаму три аспекти за елаборација.

1. Правоаголна линија за движење

Ожичувањето под прав агол е генерално потребно за да се избегне ситуацијата во жици со ПХБ, и скоро стана еден од стандардите за мерење на квалитетот на жици, па колку влијание ќе имаат жиците под прав агол врз преносот на сигналот? Во принцип, жици под прав агол ќе ја променат ширината на линијата на далекуводот, што резултира со дисконтинуитет на импеданса. Всушност, не само права аголна линија, тон агол, акутна аголна линија може да предизвика промени во импедансата.

Влијанието на усогласувањето под прав агол врз сигналот главно се рефлектира во три аспекти: прво, аголот може да биде еквивалентен на капацитивното оптоварување на далекуводот, забавувајќи го времето на искачување; Второ, дисконтинуитетот на импеданса ќе предизвика рефлексија на сигналот; Трето, ЕМИ генерирана од врвот на прав агол.

Паразитскиот капацитет предизвикан од прав агол на далекуводот може да се пресмета со следнава емпириска формула:

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

Во горната формула, C се однесува на еквивалентниот капацитет во аголот (pF), W се однесува на ширината на линијата (инчи), ε R се однесува на диелектричната константа на медиумот, а Z0 е карактеристичната импеданса на преносот линија. На пример, за далекувод од 4Mils 50 оми (εr 4.3), капацитетот на прав агол е околу 0.0101pF, а варијацијата на времето на пораст може да се процени:

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

Од пресметката може да се види дека ефектот на капацитетот предизвикан од жици под прав агол е исклучително мал.

Како што се зголемува ширината на линијата на правата аголна линија, импедансата во овој момент ќе се намали, така што ќе има одреден феномен на рефлексија на сигналот. Можеме да ја пресметаме еквивалентната импеданса откако ширината на линијата се зголемува според формулата за пресметка на импеданса спомената во делот на далекуводи, а потоа да го пресметаме коефициентот на рефлексија според емпириската формула: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), општата жици под прав агол што резултира со промена на импедансата помеѓу 7%-20%, така што максималниот коефициент на рефлексија е околу 0.1. Покрај тоа, како што може да се види од сликата подолу, импедансата на далекуводот се менува на минимум во должина од линијата W/2, а потоа се враќа во нормална импеданса по W/2 време. Времето за целата промена на импедансата е многу кратко, обично во рок од 10 pps. Таквата брза и мала промена е речиси занемарлива за општиот пренос на сигнал.

Многу луѓе имаат такво разбирање за правецот под прав агол, верувајќи дека врвот лесно се емитува или прима електромагнетни бранови и произведува ЕМИ, што стана една од причините зошто многу луѓе мислат дека правецот под прав агол не е возможен. Сепак, многу практични резултати од тестот покажуваат дека линијата под прав агол не произведува многу ЕМИ отколку права линија. Можеби сегашните перформанси на инструментот и нивото на тестирање ја ограничуваат точноста на тестот, но барем покажува дека зрачењето на правата аголна линија е помало од грешката во мерењето на самиот инструмент. Во принцип, усогласувањето под прав агол не е толку страшно како што може да изгледа. Барем во апликации под GHz, сите ефекти како што се капацитетот, рефлексијата, EMI, итн. Речиси и да не се рефлектираат во TDR тестовите. Дизајнерскиот инженер на PCB со голема брзина треба да се фокусира на распоредот, дизајнот на моќност/заземјување, дизајн на жици, перфорација, итн. Иако, се разбира, ефектите од правоаголната линија за движење не се многу сериозни, но не значи дека можеме да одиме под прав агол, вниманието на деталите е основниот квалитет за секој добар инженер, и со брзиот развој на дигитални кола , Инженерите на ПХБ обработката на фреквенцијата на сигналот, исто така, ќе продолжи да се подобрува, на повеќе од 10 поле за дизајн на GHZ RF, Овие мали прави агли можат да станат фокус на проблеми со голема брзина.

2. Разлика од

DifferenTIal сигналот се користи нашироко во дизајнот на кола со голема брзина. Најважниот сигнал во колото е дизајнот на различен сигнал. Како да се обезбедат неговите добри перформанси во дизајнот на ПХБ? Имајќи ги предвид овие две прашања, преминуваме кон следниот дел од нашата дискусија.

Што е диференцијален сигнал? На обичен англиски, возачот испраќа два еквивалентни и превртувачки сигнали, а приемникот ја споредува разликата помеѓу двата напони за да утврди дали логичката состојба е „0“ или „1“. Парот жици што носат диференцијални сигнали се нарекува диференцијални жици.

Во споредба со обичното рутирање на сигналот со еден крај, диференцијалниот сигнал има најочигледни предности во следните три аспекти:

А. Силна способност за спречување на мешање, бидејќи спојката помеѓу две диференцијални линии е многу добра, кога има пречки во бучавата, тие се скоро споени со две линии во исто време, а приемникот се грижи само за разликата помеѓу двата сигнали, така што надворешниот бучава со заеднички режим може целосно да се откаже.

Б. Може ефикасно да го потисне ЕМИ. Слично на тоа, бидејќи два сигнали се со спротивен поларитет, електромагнетното поле зрачено од нив може да се откаже едни со други. Колку е поблиску спојката, толку помалку електромагнетна енергија се ослободува во надворешниот свет.

В. Позиционирањето на времето е точно. Бидејќи промената на префрлување на диференцијалните сигнали се наоѓа на раскрсницата на два сигнали, за разлика од вообичаените сигнали со еден крај, кои се оценуваат со високи и ниски прагови, тој помалку влијае на процесот и температурата, што може да ги намали грешките во времето и е посоодветно за кола со ниски амплитудни сигнали. LVDS (нисконапонска диференцијална сигнализација) се однесува на оваа технологија за диференцијален сигнал со мала амплитуда.

За инженерите на ПХБ, најважната грижа е како да се осигураат дека овие предности на диференцијалното рутирање можат целосно да се искористат во вистинското рутирање. Можеби се додека е во контакт со Layout луѓето ќе ги разберат општите барања за диференцијално рутирање, тоа е „еднаква должина, еднакво растојание“. Isometric is to ensure that the two differential signals always maintain opposite polarity, reduce the common mode component; Изометриски е главно да се обезбеди иста диференцијална импеданса, намалување на рефлексија. „Што е можно поблиску“ понекогаш е едно од барањата за диференцијално рутирање. Но, ниту едно од овие правила не треба да се применува механички, и се чини дека многу инженери не ја разбираат природата на диференцијалната сигнализација со голема брзина. Следното се фокусира на неколку вообичаени грешки во дизајнот на диференцијалниот сигнал на ПХБ.

Заблуда 1: На диференцијалните сигнали не им е потребна рамнина за заземјување како повратна патека, или мислат дека диференцијалните линии обезбедуваат патека за повратна врска еден за друг. Причината за ова недоразбирање е збунета од површинскиот феномен или механизмот за пренос на сигнал со голема брзина не е доволно длабок. Како што може да се види од структурата на приемниот крај на СЛ. 1-8-15, емитерските струи на транзисторите Q3 и Q4 се еквивалентни и спротивни, а нивната струја на раскрсницата точно се откажува едни со други (I1 = 0). Затоа, диференцијалното коло е нечувствително на слични проектили за заземјување и други сигнали за бучава што можат да постојат во напојувањето и рамнината за заземјување. Делумното откажување на повратниот проток на рамнината за заземјување не значи дека диференцијалното коло не ја зема референтната рамнина како патека за враќање на сигналот. Всушност, при анализа на обратен проток на сигнал, механизмот на диференцијално рутирање е ист како и обичниот рутирање со еден крај, имено, висок

Фреквентниот сигнал секогаш тече назад по колото со најмала индуктивност. Најголемата разлика лежи во тоа што линијата за разлика не само што има спојка со земјата, туку и има спојка едни со други. Силната спојка станува главната патека на повратниот тек.

Во дизајнот на колото со ПХБ, спојката помеѓу диференцијалните жици е генерално мала, обично сочинува само 10 ~ 20% од степенот на спојување, а поголемиот дел од спојката е на земја, така што главната патека за повратно движење на диференцијалните жици с exists уште постои во земјата рамнина. Во случај на дисконтинуитет во локалната рамнина, спојката помеѓу диференцијалните правци ја обезбедува главната патека на повратниот проток во регионот без референтна рамнина, како што е прикажано на СЛ. 1-8-17. Иако влијанието на дисконтинуитетот на референтната рамнина врз диференцијалните жици не е толку сериозно како она на обичните жици со еден крај, сепак ќе го намали квалитетот на диференцијалниот сигнал и ќе го зголеми ЕМИ, што треба да се избегне колку што е можно повеќе. Некои дизајнери веруваат дека референтната рамнина на линијата на диференцијален пренос може да се отстрани за да се потисне дел од сигналот за заеднички режим при диференцијален пренос, но теоретски овој пристап не е пожелен. Како да се контролира импедансата? Без да се обезбеди јамка на импеданса на земјата за сигнал со вообичаен режим, ЕМИ зрачењето е предизвикано, што прави повеќе штета отколку добро.

Мит 2: Одржувањето на еднаков растојание е поважно од совпаѓањето на должината на линијата. Во вистинските жици за ПХБ, честопати не е во состојба да ги исполни барањата за диференцијален дизајн. Поради распределбата на иглички, дупки и простор за ожичување и други фактори, неопходно е да се постигне целта на совпаѓање на должината на линијата преку соодветно намотување, но резултатот е неизбежно дел од пар разликата не може да биде паралелен, во тоа време, како да избереш? Пред да избрзаме со заклучоци, да ги погледнеме следните резултати од симулацијата. Од горенаведените резултати од симулацијата може да се види дека брановите форми на шемата 1 и шемата 2 речиси се совпаѓаат, односно влијанието на нееднаквото растојание е минимално, а влијанието на несовпаѓањето на должината на линијата е многу поголемо врз временската секвенца (шема 3) На Од гледна точка на теоретската анализа, иако неконзистентното растојание ќе доведе до промена на импедансата на разликата, но бидејќи спојката помеѓу самиот пар на разликата не е значајна, така што опсегот на промени на импедансата е исто така многу мал, обично во рамките на 10%, само еквивалентно до рефлексија предизвикана од дупка, што нема да предизвика значително влијание врз преносот на сигналот. Откако должината на линијата е неусогласена, покрај поместувањето на временската секвенца, компонентите на заедничкиот режим се воведуваат во диференцијалниот сигнал, што го намалува квалитетот на сигналот и го зголемува ЕМИ.

Може да се каже дека најважното правило во дизајнот на диференцијалните жици на ПХБ е да одговара на должината на линијата, а другите правила може флексибилно да се ракуваат според барањата за дизајн и практичните апликации.

Заблуда три: мислам разликата линија мора да се потпира на многу блиску. Поентата на одржување на различните линии едни на други не е ништо повеќе отколку да се зголеми нивната спојка, и да се подобри нивниот имунитет на бучава и да се искористи предноста од спротивниот поларитет на магнетното поле за да се откажат електромагнетните пречки од надворешниот свет. Иако овој пристап е многу поволен во повеќето случаи, тој не е апсолутен. Ако тие можат целосно да бидат заштитени од надворешни пречки, тогаш не треба повеќе да ја постигнуваме целта на анти-мешање и сузбивање на ЕМИ преку силно спојување едни со други. Како да се осигурате дека диференцијалното рутирање има добра изолација и заштита; Зголемувањето на растојанието помеѓу линиите и другите сигнали е еден од најосновните начини. Енергијата на електромагнетното поле се намалува со квадратен однос на растојанието. Општо земено, кога растојанието помеѓу линиите е повеќе од 4 пати поголема од ширината на линијата, мешањето меѓу нив е исклучително слабо и во основа може да се игнорира. Покрај тоа, изолацијата преку рамнината на земјата исто така може да обезбеди добар заштитен ефект. Оваа структура често се користи во високофреквентни (над 10G) IC пакети дизајни на ПХБ, познати како структура на CPW, за да се обезбеди строга контрола на диференцијалната импеданса (2Z0), СЛ. 1-8-19.

Диференцијалното рутирање, исто така, може да се спроведе во различни слоеви на сигнали, но тоа генерално не се препорачува, бидејќи разликите како што се импеданса и низ дупки во различни слоеви може да го уништат ефектот на пренос на диференцијалниот режим и да воведат заеднички бучава во режимот. Покрај тоа, ако двата соседни слоја не се цврсто споени, способноста за диференцијално насочување да се спротивстави на бучавата ќе се намали, но разговорот не е проблем ако се одржува соодветно растојание со опкружувањето на околината. Во општа фреквенција (под GHz), ЕМИ нема да биде сериозен проблем. Експериментите покажуваат дека слабеењето на енергијата на зрачење на диференцијалните линии со растојание од 500Mils над 3 метри достигна 60dB, што е доволно за да се исполни ЕЛЕКТРОМАГНЕТСКИОТ стандард на зрачење на FCC. Затоа, дизајнерите не треба премногу да се грижат за електромагнетна некомпатибилност предизвикана од недоволна спојка на диференцијални линии.

3. серпентина

Во распоред често се користи серпентина линија. Нејзината главна цел е да го прилагоди временското одложување и да ги исполни барањата за дизајнот на времето на системот. Дизајнерите прво треба да разберат дека серпентина жица ќе го уништи квалитетот на сигналот, ќе го промени доцнењето на преносот и треба да се избегне при поврзување со жици. Меѓутоа, во практичниот дизајн, со цел да се обезбеди доволно време на задржување на сигналите или да се намали времето поместување помеѓу истата група на сигнали, ликвидацијата треба намерно да се спроведе.

Значи, што прави серпентина за да сигнализира пренос? На што треба да обрнам внимание при одење по линија? Двата најкритични параметри се паралелна должина на спојка (Lp) и растојание на спојување (S), како што е прикажано на Сл. 1-8-21. Очигледно, кога сигналот се пренесува во серпентина линија, ќе има спојување помеѓу сегментите на паралелните линии во форма на режим на разлика. Помалиот S е, поголем Lp е, и поголем степен на спојување ќе биде. Ова може да резултира со намалени доцнења во преносот и значително намалување на квалитетот на сигналот поради вкрстување, како што е опишано во поглавјето 3 за анализа на заеднички режим и диференцијален режим на вкрстување.

Еве неколку совети за инженерите за распоред кога се занимаваат со серпентини:

1. Обидете се да го зголемите растојанието (S) на сегментот на паралелната линија, кое е најмалку поголемо од 3H. H се однесува на растојанието од сигналната линија до референтната рамнина. Општо земено, треба да се земе голема кривина. Додека S е доволно голем, ефектот на спојување може речиси целосно да се избегне.

2. Кога должината на спојката Lp е намалена, генерираната преплетканост ќе достигне заситеност кога доцнењето на Lp двапати се приближува или го надминува времето на покачување на сигналот.

3. Доцнењето на преносот на сигнал предизвикано од змија слична на лента или вградена микро-лента е помала од онаа на микро-лентата. Теоретски, лентата со ленти не влијае на брзината на пренос поради диференцијален режим на вкрстување.

4. За линии со голема брзина и сигнали со строги барања за тајмингот, обидете се да не одите серпентина линии, особено во мала област.

5. Често може да се прифати серпентина рутирање под секој агол. Структурата Ц во СЛ. 1-8-20 може ефикасно да ја намали спојката меѓу себе.

6. Во дизајнот на PCB со голема брзина, серпентина нема таканаречена способност за филтрирање или анти-мешање, и може само да го намали квалитетот на сигналот, така што се користи само за тајминг за совпаѓање и нема друга намена.

7. Понекогаш може да се земе предвид спиралната намотка. Симулацијата покажува дека нејзиниот ефект е подобар од вообичаеното серпентина ликвидација.