Байршил нь ПХБ-ийн дизайны инженерүүдийн хамгийн үндсэн ур чадваруудын нэг юм. Утасны чанар нь бүхэл системийн гүйцэтгэлд шууд нөлөөлнө. Ихэнх өндөр хурдны дизайны онолыг Layout-ээр дамжуулан эцэслэн хэрэгжүүлж, баталгаажуулах ёстой. Эндээс харахад утас нь маш чухал юм өндөр хурдны ПХБ дизайн. Дараах нь бодит утаснуудад тохиолдож болох зарим нөхцөл байдлын оновчтой байдалд дүн шинжилгээ хийж, илүү оновчтой чиглүүлэлтийн стратегийг өгөх болно.

Үүнийг голчлон гурван талаас нь тайлбарладаг: тэгш өнцөгт утас, дифференциал утас, серпентин утас.

1. Зөв өнцгийн чиглүүлэлт

Зөв өнцгийн утас нь ерөнхийдөө ПХБ-ийн утсанд аль болох зайлсхийх шаардлагатай нөхцөл байдал бөгөөд энэ нь утаснуудын чанарыг хэмжих стандартуудын нэг болсон. Тэгэхээр зөв өнцгийн утаснууд дохио дамжуулахад хэр их нөлөө үзүүлэх вэ? Зарчмын хувьд, зөв ​​өнцгийн чиглүүлэлт нь дамжуулах шугамын шугамын өргөнийг өөрчилж, эсэргүүцлийн тасалдал үүсгэдэг. Үнэн хэрэгтээ зөвхөн зөв өнцгийн чиглүүлэлтээс гадна булан болон хурц өнцгийн чиглүүлэлт нь эсэргүүцлийн өөрчлөлтийг үүсгэж болзошгүй юм.

Зөв өнцгийн чиглүүлэлтийн дохионд үзүүлэх нөлөөг үндсэндээ гурван зүйлээр илэрхийлдэг.

Нэг нь булан нь дамжуулах шугам дээрх багтаамжийн ачаалалтай тэнцэх боломжтой бөгөөд энэ нь өсөлтийн хугацааг удаашруулдаг; хоёр дахь нь эсэргүүцлийн тасалдал нь дохионы тусгал үүсгэх болно; гурав дахь нь зөв өнцгийн үзүүрээр үүсгэгдсэн EMI юм.

Дамжуулах шугамын зөв өнцгөөс үүссэн шимэгчийн багтаамжийг дараах эмпирик томъёогоор тооцоолж болно.

C = 61W (Эр) 1/2/Z0

Дээрх томъёонд C нь булангийн эквивалент багтаамжийг (нэгж: pF), W нь ул мөрийн өргөнийг (нэгж: инч), εr нь орчны диэлектрик дамжуулалтыг, Z0 нь шинж чанарын эсэргүүцлийг илэрхийлнэ. дамжуулах шугамын . Жишээлбэл, 4Mils 50 ом дамжуулах шугамын хувьд (εr нь 4.3) зөв өнцгөөс авчирсан багтаамж нь ойролцоогоор 0.0101pF байх ба үүний улмаас үүссэн өсөлтийн хугацааны өөрчлөлтийг тооцоолж болно.

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

Тооцооллын дагуу зөв өнцгийн ул мөрийн багтаамжийн нөлөө маш бага байгааг харж болно.

Зөв өнцгийн мөрний шугамын өргөн ихсэх тусам тэндхийн эсэргүүцэл буурах тул дохионы ойлтын тодорхой үзэгдэл үүснэ. Дамжуулах шугамын бүлэгт дурдсан эсэргүүцлийн тооцооны томъёоны дагуу шугамын өргөн нэмэгдсэний дараа бид эквивалент эсэргүүцлийг тооцоолж, эмпирик томъёоны дагуу тусгалын коэффициентийг тооцоолж болно.

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Ерөнхийдөө зөв өнцгийн утаснаас үүсэх эсэргүүцлийн өөрчлөлт нь 7% -20% хооронд хэлбэлздэг тул хамгийн их тусгалын коэффициент нь ойролцоогоор 0.1 байна. Түүгээр ч зогсохгүй доорх зургаас харахад дамжуулах шугамын эсэргүүцэл нь W/2 шугамын уртын дотор хамгийн багадаа өөрчлөгдөж, W/2 хугацааны дараа хэвийн эсэргүүцэл рүү буцдаг. Эсэргүүцлийг бүхэлд нь өөрчлөх хугацаа нь маш богино, ихэвчлэн 10ps дотор байдаг. Дотор нь ийм хурдан бөгөөд жижиг өөрчлөлтүүд нь ерөнхий дохио дамжуулахад бараг ач холбогдолгүй байдаг.

Олон хүмүүс зөв өнцгийн утаснуудын талаар ийм ойлголттой байдаг. Тэд үзүүр нь цахилгаан соронзон долгионыг дамжуулах эсвэл хүлээн авах, EMI үүсгэхэд хялбар гэж боддог. Энэ нь олон хүмүүс зөв өнцгийн утсыг дамжуулах боломжгүй гэж боддог шалтгаануудын нэг болсон. Гэсэн хэдий ч олон бодит туршилтын үр дүн нь тэгш өнцөгт ул мөр нь шулуун шугамаас илүү тодорхой EMI үүсгэхгүйг харуулж байна. Магадгүй одоогийн багажийн гүйцэтгэл болон туршилтын түвшин нь туршилтын нарийвчлалыг хязгаарлаж магадгүй ч энэ нь ядаж асуудлыг харуулж байна. Зөв өнцгийн утаснуудын цацраг нь багажийн хэмжилтийн алдаанаас аль хэдийн бага байна.

Ерөнхийдөө зөв өнцгийн чиглүүлэлт нь төсөөлж байгаа шиг аймшигтай биш юм. Наад зах нь GHz-ээс бага хэрэглээнд багтаамж, тусгал, EMI гэх мэт нөлөөллийг TDR туршилтанд бараг тусгадаггүй. Өндөр хурдны ПХБ-ийн дизайны инженерүүд зохион байгуулалт, эрчим хүч/газрын дизайн, утаснуудын дизайнд анхаарлаа хандуулах ёстой. Нүх болон бусад талуудаар дамжуулан. Мэдээжийн хэрэг, зөв ​​өнцгийн утсанд үзүүлэх нөлөө нь тийм ч ноцтой биш боловч ирээдүйд бид бүгдээрээ зөв өнцгийн утсыг ашиглаж болно гэсэн үг биш юм. Нарийн ширийн зүйлийг анхаарч үзэх нь сайн инженер бүрт байх ёстой үндсэн чанар юм. Түүнчлэн дижитал хэлхээний хурдацтай хөгжлийг дагаад ПХБ Инженерүүдийн боловсруулсан дохионы давтамж нэмэгдсээр байх болно. 10 ГГц-ээс дээш давтамжтай RF-ийн дизайны салбарт эдгээр жижиг зөв өнцгүүд нь өндөр хурдны асуудлуудын анхаарлын төвд байж болно.

2. Дифференциал чиглүүлэлт

Дифференциал дохио (DifferentialSignal) нь өндөр хурдны хэлхээний дизайнд илүү өргөн хэрэглэгддэг. Хэлхээний хамгийн чухал дохио нь ихэвчлэн дифференциал бүтэцтэй байдаг. Юу үүнийг ийм алдартай болгодог вэ? ПХБ-ийн дизайн дахь сайн гүйцэтгэлийг хэрхэн хангах вэ? Эдгээр хоёр асуултын дагуу бид хэлэлцүүлгийн дараагийн хэсэг рүү явна.

Дифференциал дохио гэж юу вэ? Энгийн хэлээр бол жолоодлогын төгсгөл нь хоёр тэнцүү ба урвуу дохиог илгээдэг бөгөөд хүлээн авагч нь хоёр хүчдэлийн зөрүүг харьцуулж логик төлөвийг “0” эсвэл “1” гэж дүгнэдэг. Дифференциал дохиог дамжуулах хос ул мөрийг дифференциал мөр гэнэ.

Энгийн нэг төгсгөлтэй дохионы ул мөртэй харьцуулахад дифференциал дохио нь дараах гурван тал дээр хамгийн тод давуу талтай байдаг.

а. Хоёр дифференциал ул мөр хоорондын холболт маш сайн тул хөндлөнгийн эсрэг хүчтэй чадвартай. Гаднаас чимээ шуугиантай хөндлөнгийн оролцоотой үед тэдгээр нь хоёр шугамд нэгэн зэрэг холбогддог бөгөөд хүлээн авагч нь зөвхөн хоёр дохионы ялгааг анхаарч үздэг. Тиймээс гадаад нийтлэг горимын дуу чимээг бүрэн цуцлах боломжтой. б. Энэ нь EMI-ийг үр дүнтэй дарах боломжтой. Үүнтэй ижил шалтгаанаар хоёр дохионы эсрэг туйлшралын улмаас тэдгээрийн цацруулсан цахилгаан соронзон орон нь бие биенээ үгүйсгэж чаддаг. Холболт хэдий чинээ чанга байна, төдий чинээ цахилгаан соронзон энерги нь гадаад ертөнцөд гадагшилна. в. Цагийн байршил нь үнэн зөв байна. Дифференциал дохионы шилжүүлэгчийн өөрчлөлт нь хоёр дохионы огтлолцол дээр байрладаг тул тодорхойлохын тулд өндөр, бага босго хүчдэлээс хамаардаг энгийн нэг төгсгөлтэй дохионоос ялгаатай нь процесс, температурын нөлөөнд бага өртдөг. цаг хугацааны алдааг багасгах. , Гэхдээ бас бага далайцтай дохионы хэлхээнд илүү тохиромжтой. Одоогийн алдартай LVDS (бага хүчдэлийн ялгавартай дохиолол) нь энэхүү жижиг далайцын дифференциал дохионы технологийг хэлдэг.

ПХБ-ийн инженерүүдийн хувьд дифференциал утаснуудын эдгээр давуу талыг бодит утаснуудад хэрхэн бүрэн ашиглах вэ гэдэг нь хамгийн их санаа зовдог. Магадгүй Layout-тай холбоотой байсан хэн бүхэн дифференциал утаснуудын ерөнхий шаардлага, өөрөөр хэлбэл “тэнцүү урт ба тэнцүү зай”-ыг ойлгох байх. Тэнцүү урт нь хоёр дифференциал дохио нь үргэлж эсрэг туйлшралыг хадгалж, нийтлэг горимын бүрэлдэхүүн хэсгийг багасгахад оршино; тэнцүү зай нь голчлон энэ хоёрын дифференциал эсэргүүцэл нь нийцэж, тусгалыг багасгахад чиглэгддэг. “Аль болох ойрхон” гэдэг нь заримдаа дифференциал утас тавих шаардлагуудын нэг юм. Гэхдээ эдгээр бүх дүрмийг механикаар хэрэглэхэд ашигладаггүй бөгөөд олон инженерүүд өндөр хурдны дифференциал дохионы мөн чанарыг ойлгоогүй хэвээр байх шиг байна.

Дараах нь ПХБ-ийн дифференциал дохионы дизайн дахь хэд хэдэн нийтлэг үл ойлголцолд анхаарлаа хандуулдаг.

Буруу ойлголт 1: Дифференциал дохио нь буцах зам болгон газрын хавтгай хэрэггүй, эсвэл дифференциал мөрүүд нь бие биедээ буцах замыг өгдөг гэж үздэг. Энэ үл ойлголцлын шалтгаан нь тэд өнгөц үзэгдэлд төөрөлдсөн, эсвэл өндөр хурдтай дохио дамжуулах механизм хангалттай гүн биш юм. Зураг 1-8-15-ын хүлээн авагчийн төгсгөлийн бүтцээс Q3 ба Q4 транзисторуудын эмиттерийн гүйдэл тэнцүү ба эсрэг тэсрэг байх ба газар дээрх гүйдэл нь бие биенээ яг таслан (I1=0) байгааг харж болно. дифференциал хэлхээ нь Хүчдэл ба газрын хавтгай дээр байж болох ижил төстэй үсрэлтүүд болон бусад дуу чимээний дохионууд мэдрэмжгүй байдаг. Газрын гадаргуугийн хэсэгчилсэн буцах цуцлалт нь дифференциал хэлхээ нь жишиг хавтгайг дохионы буцах зам болгон ашиглахгүй гэсэн үг биш юм. Үнэн хэрэгтээ, дохионы буцах шинжилгээнд дифференциал утас ба энгийн нэг төгсгөлтэй утаснуудын механизм ижил байдаг, өөрөөр хэлбэл өндөр давтамжийн дохио нь хамгийн бага индукцтэй давталтын дагуу үргэлж дахин урсаж байдаг бөгөөд хамгийн том ялгаа нь газартай холбох, дифференциал шугам нь мөн харилцан холболттой. Ямар төрлийн холболт хүчтэй, аль нь буцах гол зам болдог. Зураг 1-8-16 нь нэг төгсгөлтэй дохио ба дифференциал дохионы геосоронзон орны тархалтын бүдүүвч диаграмм юм.

ПХБ-ийн хэлхээний загварт дифференциал ул мөр хоорондын холболт нь ерөнхийдөө бага, ихэвчлэн холболтын зэрэглэлийн 10-20% -ийг эзэлдэг ба газартай холбох нь илүү их байдаг тул дифференциал ул мөрийн үндсэн буцах зам газар дээр байсаар байна. онгоц. Газрын хавтгай тасалдсан үед дифференциал ул мөр хоорондын холбоос нь 1-8-17-р зурагт үзүүлсэн шиг жишиг хавтгайгүй талбайд буцах гол замыг хангана. Хэдийгээр жишиг хавтгайн тасалдал нь дифференциал замд үзүүлэх нөлөө нь энгийн нэг төгсгөлтэй ул мөрийнхтэй адил ноцтой биш боловч энэ нь дифференциал дохионы чанарыг бууруулж, EMI-ийг нэмэгдүүлэх болно, үүнээс аль болох зайлсхийх хэрэгтэй. . Зарим зохион бүтээгчид дифференциал дамжуулалтын зарим нийтлэг горимын дохиог дарахын тулд дифференциал мөрийн доорх жишиг хавтгайг устгаж болно гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь онолын хувьд тийм ч таатай биш юм. Эсэргүүцлийг хэрхэн хянах вэ? Нийтлэг горимын дохионд газрын эсэргүүцлийн гогцоо өгөхгүй байх нь гарцаагүй EMI цацраг үүсгэдэг. Энэ арга нь сайнаас илүү их хор хөнөөл учруулдаг.

Үл ойлголцол 2: Мөрийн уртыг тааруулахаас илүүтэй ижил зайтай байх нь чухал гэж үздэг. Бодит ПХБ-ийн зохион байгуулалтад дифференциал дизайны шаардлагыг нэгэн зэрэг хангах боломжгүй байдаг. Зүү хуваарилах, дамжуулах хоолой, утаснуудын зай байгаа тул шугамын уртыг тохируулах зорилго нь зөв ороомгийн тусламжтайгаар хүрэх ёстой боловч үр дүн нь дифференциал хосын зарим хэсэг нь параллель байх боломжгүй байх ёстой. Энэ үед бид юу хийх ёстой вэ? Аль сонголт? Дүгнэлт хийхээсээ өмнө дараах симуляцийн үр дүнг харцгаая.

Дээрх симуляцийн үр дүнгээс харахад 1-р схем ба 2-р схемийн долгионы хэлбэрүүд бараг давхцаж байна, өөрөөр хэлбэл тэгш бус зайнаас үүсэх нөлөөлөл хамгийн бага байна. Харьцуулбал, шугамын уртын зөрүү нь цаг хугацааны хувьд илүү их нөлөө үзүүлдэг. (Схем 3). Онолын шинжилгээнээс харахад зөрүүтэй зай нь дифференциал эсэргүүцлийг өөрчлөхөд хүргэдэг, учир нь дифференциал хосын хоорондын холболт нь өөрөө ач холбогдолгүй байдаг ч эсэргүүцлийн өөрчлөлтийн хүрээ маш бага буюу ихэвчлэн 10% дотор байдаг бөгөөд энэ нь зөвхөн нэг дамжуулалттай тэнцдэг. . Нүхнээс үүссэн тусгал нь дохио дамжуулахад тийм ч их нөлөө үзүүлэхгүй. Шугамын урт таарахгүй бол цаг хугацааны офсетээс гадна нийтлэг горимын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг дифференциал дохионд нэвтрүүлдэг бөгөөд энэ нь дохионы чанарыг бууруулж, EMI-ийг нэмэгдүүлдэг.

ПХБ-ийн дифференциал ул мөрийг боловсруулахад хамгийн чухал дүрэм бол тохирох шугамын урт бөгөөд бусад дүрмийг дизайны шаардлага, практик хэрэглээний дагуу уян хатан зохицуулах боломжтой гэж хэлж болно.

Үл ойлголцол 3: Дифференциал утас маш ойрхон байх ёстой гэж бодоорой. Дифференциалын ул мөрийг ойр байлгах нь тэдгээрийн холболтыг сайжруулахаас өөр зүйл биш бөгөөд энэ нь дуу чимээний дархлааг сайжруулаад зогсохгүй соронзон орны эсрэг туйлшралыг ашиглан гадаад ертөнц дэх цахилгаан соронзон хөндлөнгийн нөлөөллийг арилгах боломжтой юм. Хэдийгээр энэ арга нь ихэнх тохиолдолд маш их ашиг тустай боловч үнэмлэхүй биш юм. Хэрэв бид тэдгээрийг гадны нөлөөллөөс бүрэн хамгаалж чадвал хөндлөнгийн нөлөөнд хүрэхийн тулд хүчтэй холболтыг ашиглах шаардлагагүй болно. Мөн EMI-г дарах зорилго. Яаж бид дифференциал ул мөрийг сайн тусгаарлаж, хамгаалж чадах вэ? Бусад дохионы ул мөр хоорондын зайг нэмэгдүүлэх нь хамгийн үндсэн аргуудын нэг юм. Цахилгаан соронзон орны энерги нь зайны квадратаар буурдаг. Ерөнхийдөө мөр хоорондын зай нь шугамын өргөнөөс 4 дахин их байвал тэдгээрийн хоорондын интерференц маш сул байдаг. Үл тоомсорлож болно. Үүнээс гадна газрын гадаргуугаас тусгаарлах нь сайн хамгаалалтын үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ бүтцийг ихэвчлэн өндөр давтамжийн (10G-ээс дээш) IC багцын ПХБ загварт ашигладаг. Үүнийг CPW бүтэц гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь хатуу дифференциал эсэргүүцлийг хангаж чаддаг. Хяналт (2Z0), Зураг 1-8-19-д үзүүлсний дагуу.

Дифференциал мөрүүд нь өөр өөр дохионы давхаргад ажиллах боломжтой боловч энэ аргыг ерөнхийд нь зөвлөдөггүй, учир нь янз бүрийн давхаргуудын үүсгэсэн эсэргүүцэл ба дамжуулалтын зөрүү нь дифференциал горимын дамжуулалтын нөлөөг устгаж, нийтлэг горимын дуу чимээг үүсгэдэг. Нэмж дурдахад, хэрэв зэргэлдээх хоёр давхарга нь нягт холбоогүй бол энэ нь дифференциал мөрийн дуу чимээг эсэргүүцэх чадварыг бууруулна, гэхдээ хэрэв та эргэн тойрны ул мөрөөс зохих зайг барьж чадвал хөндлөн огтлолцох нь асуудал биш юм. Ерөнхий давтамжид (GHz-ээс доош) EMI нь ноцтой асуудал үүсгэхгүй. Туршилтаар дифференциалаас 500 милийн зайд цацрагийн энергийн бууралт 60 метрийн зайд 3 дБ хүрсэн нь FCC-ийн цахилгаан соронзон цацрагийн стандартыг хангахад хангалттай байдаг тул дизайнер санаа зовох хэрэггүй юм. Дифференциал шугамын холболт хангалтгүйгээс үүссэн цахилгаан соронзон үл нийцэх байдлын талаар их.

3. Могойн шугам

Могойн шугам нь Layout-д ихэвчлэн ашиглагддаг чиглүүлэлтийн аргын нэг төрөл юм. Үүний гол зорилго нь системийн цаг хугацааны дизайны шаардлагыг хангахын тулд саатлыг тохируулах явдал юм. Дизайнер эхлээд ийм ойлголттой байх ёстой: могойн шугам нь дохионы чанарыг устгаж, дамжуулах саатлыг өөрчилдөг бөгөөд утас холбохдоо үүнийг ашиглахаас зайлсхийхийг оролддог. Гэсэн хэдий ч бодит загварт дохио хангалттай байх хугацаатай байх эсвэл ижил бүлгийн дохионы хоорондох хугацааг багасгахын тулд утсыг зориудаар ороох шаардлагатай болдог.

Тэгэхээр, могой шугам нь дохио дамжуулахад ямар нөлөө үзүүлдэг вэ? Утас тавихдаа юуг анхаарах ёстой вэ? Хамгийн чухал хоёр параметр нь 1-8-21-р зурагт үзүүлсэн шиг параллель холболтын урт (Lp) ба холболтын зай (S) юм. Мэдээжийн хэрэг, дохио нь могойн шугам дээр дамжих үед зэрэгцээ шугамын сегментүүд дифференциал горимд холбогдоно. S бага ба Lp их байх тусам холболтын зэрэг нэмэгдэнэ. Энэ нь дамжуулалтын саатлыг багасгахад хүргэж болзошгүй бөгөөд хөндлөн огтлолын улмаас дохионы чанар ихээхэн буурдаг. Механизм нь 3-р бүлэгт нийтлэг горим ба дифференциал горимын хөндлөн огтлолын шинжилгээнд хамрагдаж болно.

Могойн шугамтай харьцахдаа Байршлын инженерүүдэд дараах зөвлөмжүүд байна.

1. Зэрэгцээ шугамын сегментүүдийн зайг (S) нэмэгдүүлэхийг хичээ, дор хаяж 3H-ээс их, H нь дохионы ул мөрөөс жишиг хавтгай хүртэлх зайг хэлнэ. Энгийн хэллэгээр бол том тохойг тойрохыг хэлнэ. S нь хангалттай том бол харилцан холболтын үр нөлөөг бараг бүрэн зайлсхийх боломжтой. 2. Холболтын уртыг багасгана Lp. Давхар Lp саатал дохионы өсөлтийн хугацаа ойртох буюу хэтрэх үед үүссэн хөндлөн холбоо нь ханалтад хүрнэ. 3. Strip-Line эсвэл Embedded Micro-strip-ийн серпентин шугамаас үүссэн дохио дамжуулах саатал нь Micro-strip-ээс бага байна. Онолын хувьд туузан шугам нь дифференциал горимын хөндлөн огтлолын улмаас дамжуулах хурдад нөлөөлөхгүй. 4. Өндөр хурдны дохионы шугам болон цаг хугацааны хатуу шаардлага бүхий шугамын хувьд могойн шугамыг ялангуяа жижиг газар ашиглахгүй байхыг хичээгээрэй. 5. Та 1-8-20-р зураг дээрх С бүтэц гэх мэт могойн ул мөрийг аль ч өнцгөөр ихэвчлэн ашиглаж болох бөгөөд энэ нь харилцан холболтыг үр дүнтэйгээр багасгадаг. 6. Өндөр хурдны ПХБ-ийн загварт серпентин шугам нь шүүлтүүрийн болон хөндлөнгийн нөлөөллөөс хамгаалах чадваргүй бөгөөд зөвхөн дохионы чанарыг бууруулж чаддаг тул зөвхөн цагийг тохируулахад ашигладаг бөгөөд өөр зорилгогүй байдаг. 7. Заримдаа та ороомгийн хувьд спираль чиглүүлэлтийн талаар бодож болно. Симуляци нь түүний үр нөлөө нь ердийн могойн чиглүүлэлтээс илүү сайн болохыг харуулж байна.