Байршил бол ажлын хамгийн үндсэн ур чадваруудын нэг юм ПХБ-ийн дизайн инженер. Утасны чанар нь бүхэл бүтэн системийн гүйцэтгэлд шууд нөлөөлдөг тул өндөр хурдны дизайны ихэнх онолыг Layout-аар баталгаажуулж, баталгаажуулах ёстой бөгөөд ингэснээр утас нь өндөр хурдны ПХБ-ийн дизайнд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харж болно. Бодит утастай холбоотой зарим нөхцөл байдал, түүний оновчтой байдлын дүн шинжилгээ, илүү оновчтой чиглүүлэлтийн стратеги өгөх тул дараахь зүйлийг авч үзэх болно. Голчлон баруун өнцгийн шугам, ялгааны шугам, могойн шугам гэх мэт гурван зүйлийг нарийвчлан тайлбарлах болно.

1. Тэгш өнцөгт шугам

ПХБ-ийн утастай холбоотой нөхцөл байдлаас зайлсхийхийн тулд зөв өнцгөөр холбох нь ерөнхийдөө шаардлагатай байдаг бөгөөд утаснуудын чанарыг хэмжих бараг стандартуудын нэг болсон тул баруун өнцгийн утас нь дохио дамжуулахад хэр их нөлөө үзүүлэх вэ? Зарчмын хувьд зөв өнцгөөр холбосон утас нь дамжуулах шугамын шугамын өргөнийг өөрчилж, эсэргүүцэл тасрах болно. Үнэн хэрэгтээ зөвхөн зөв өнцгийн шугам, тонн өнцөг, хурц өнцгийн шугам нь эсэргүүцлийн өөрчлөлтийг үүсгэж болзошгүй юм.

Баруун өнцгийн шугамыг дохионд үзүүлэх нөлөөг голчлон гурван талаас нь тусгадаг: нэгдүгээрт, булан нь дамжуулах шугам дээрх багтаамжийн ачаалалтай тэнцүү байж, өсөлтийн хугацааг удаашруулдаг; Хоёрдугаарт, эсэргүүцлийн тасалдал нь дохионы тусгал үүсгэх болно; Гуравдугаарт, зөв ​​өнцгийн үзүүрээр үүсгэгдсэн EMI.

Шугам дамжуулах шугамын зөв өнцгөөс үүссэн паразитын багтаамжийг дараахь эмпирик томъёогоор тооцоолж болно.

C = 61W (Эр) 1/2/Z0

Дээрх томъёонд C нь булан дахь эквивалент багтаамжийг (pF), W нь шугамын өргөнийг (инч), ε R нь орчны диэлектрик тогтмолыг, Z0 нь дамжуулалтын онцлог эсэргүүцлийг илэрхийлнэ. шугам Жишээлбэл, 4Mils 50 ом дамжуулах шугамын хувьд (εr 4.3), тэгш өнцгийн багтаамж ойролцоогоор 0.0101pF бөгөөд өсөлтийн хугацааны өөрчлөлтийг тооцоолж болно.

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

Тооцооноос харахад тэгш өнцөгт утаснуудын дамжуулах багтаамжийн нөлөө маш бага байна.

Шулуун өнцгийн шугамын өргөн нэмэгдэхийн хэрээр энэ үед эсэргүүцэл буурах тул дохионы тусгалын тодорхой үзэгдэл гарах болно. Цахилгаан дамжуулах шугамын хэсэгт дурдсан эсэргүүцлийн тооцооллын томъёоны дагуу шугамын өргөн нэмэгдсэний дараа түүнтэй тэнцүү эсэргүүцлийг тооцоолж, дараа нь эмпирик томъёоны дагуу тусгалын коэффициентийг тооцоолж болно. ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), ерөнхий өнцгийн утас нь эсэргүүцэл 7%-20%хооронд хэлбэлздэг тул хамгийн их тусгалын коэффициент 0.1 орчим байна. Түүгээр ч барахгүй доорх зургаас харахад дамжуулах шугамын эсэргүүцэл нь W/2 шугамын уртад хамгийн бага хэмжээнд хүртэл өөрчлөгдөж, дараа нь W/2 хугацааны дараа хэвийн эсэргүүцлийг сэргээнэ. Импеданыг бүхэлд нь өөрчлөх хугацаа маш богино бөгөөд ихэвчлэн 10 секундын дотор байдаг. Ийм хурдан, жижиг өөрчлөлт нь ерөнхий дохионы дамжуулалтыг бараг тоодоггүй.

Олон хүмүүс зөв өнцгийн чиглүүлэлтийн талаар ийм ойлголттой байдаг бөгөөд энэ үзүүр нь цахилгаан соронзон долгион ялгаруулж, хүлээн авахад хялбар бөгөөд EMI үүсгэдэг гэж үздэг бөгөөд энэ нь олон хүн зөв өнцөгт чиглүүлэлт хийх боломжгүй гэж боддог шалтгаануудын нэг болсон юм. Гэсэн хэдий ч олон практик туршилтын үр дүнгээс үзэхэд тэгш өнцөгт шугам нь EMI-ийг шулуун шугамаас хамаагүй ихээр үүсгэдэггүй. Одоогийн багажийн гүйцэтгэл, туршилтын түвшин нь туршилтын нарийвчлалыг хязгаарлаж болох боловч наад зах нь зөв өнцгийн шугамын цацраг нь багажны хэмжилтийн алдаанаас бага байгааг харуулж байна. Ерөнхийдөө баруун өнцөг тэгшлэх нь санагдаж байгаа шиг аймшигтай биш юм. Наад зах нь GHz -ээс доош програмуудад багтаамж, тусгал, EMI гэх мэт аливаа эффектийг TDR тестэнд бараг тусгаагүй болно. Өндөр хурдны ПХБ-ийн дизайны инженер нь зохион байгуулалт, цахилгаан/газрын зураг төсөл, утаснуудын дизайн, цооролт гэх мэт зүйлд анхаарлаа хандуулах ёстой. Мэдээжийн хэрэг, тэгш өнцөгт шугамын үр нөлөө нь тийм ч ноцтой биш боловч бид зөв өнцгийн шугамаар алхаж чадна гэж хэлж болохгүй, сайн инженер бүрийн хувьд нарийн ширийн зүйлийг анхаарч үзэх нь дижитал хэлхээ хурдацтай хөгжиж байгаатай холбоотой юм. ПХБ -ийн инженерүүд дохионы давтамжийг боловсруулж, 10 GHZ RF -ийн дизайны талбарыг сайжруулах болно. Эдгээр жижиг тэгш өнцөг нь өндөр хурдны асуудлын гол цэг болж чаддаг.

2. Ялгаа

DifferenTIal дохиог өндөр хурдны хэлхээний загварт өргөн ашигладаг. Хэлхээний хамгийн чухал дохио бол DifferenTIal дохионы загвар юм. ПХБ -ийн дизайны сайн гүйцэтгэлийг хэрхэн хангах вэ? Эдгээр хоёр асуултыг харгалзан бид хэлэлцүүлгийнхээ дараагийн хэсэгт шилжиж байна.

Дифференциал дохио гэж юу вэ? Энгийн англи хэл дээр жолооч хоёр тэнцүү ба урвуу дохио илгээдэг бөгөөд хүлээн авагч нь хоёр хүчдэлийн ялгааг харьцуулж логик төлөв нь “0” эсвэл “1” эсэхийг тодорхойлдог. Дифференциал дохио дамжуулдаг хос утсыг дифференциал утас гэж нэрлэдэг.

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

A. Хөндлөнгийн эсрэг хүчирхэг чадвар, учир нь хоёр дифференциал шугамын хоорондох холболт маш сайн байдаг, учир нь дуу чимээний хөндлөнгийн оролцоотой үед тэдгээрийг бараг хоёр шугаманд холбодог бөгөөд хүлээн авагч нь зөвхөн хоёр дохионы ялгааг анхаарч үздэг. Тиймээс гадаад нийтлэг горимын дуу чимээг бүрэн цуцалж болно.

B. Энэ нь EMI -ийг үр дүнтэй дарж чаддаг. Үүний нэгэн адил хоёр дохио эсрэг туйлтай байдаг тул тэдгээрийн цацруулдаг цахилгаан соронзон орон нь бие биенээ цуцалж чаддаг. Холболтыг ойртуулах тусам гадаад ертөнцөд цахилгаан соронзон энерги ялгаруулдаг.

C. Хугацааны байршил нь үнэн зөв байдаг. Дифференциал дохионы шилжих өөрчлөлт нь хоёр дохионы огтлолцол дээр байрладаг тул өндөр ба бага босго хүчдэлээр үнэлэгддэг ердийн нэг төгсгөлтэй дохионоос ялгаатай нь процесс, температурт бага нөлөөлдөг тул цаг хугацааны алдааг багасгаж, илүү тохиромжтой байдаг. бага далайцтай дохио бүхий хэлхээний хувьд. LVDS (бага хүчдэлийн ялгааTIalsignaling) нь энэхүү жижиг далайцын дифференциал дохионы технологийг хэлдэг.

ПХБ -ийн инженерүүдийн хувьд хамгийн чухал асуудал бол дифференциал чиглүүлэлтийн эдгээр давуу талыг бодит чиглүүлэлтэд бүрэн ашиглах боломжтой болгох явдал юм. Layout -тэй холбоо барьж байх үед хүмүүс дифференциал чиглүүлэлтийн ерөнхий шаардлагуудыг ойлгох болно, өөрөөр хэлбэл “тэнцүү урт, тэнцүү зай”. Изометрик гэдэг нь хоёр дифференциал дохио нь эсрэг туйлыг үргэлж хадгалж, нийтлэг горимын бүрэлдэхүүн хэсгийг багасгахыг баталгаажуулах явдал юм. Изометр нь голчлон ижил дифференциал эсэргүүцлийг хангах, тусгалыг багасгах зорилготой юм. “Аль болох ойрхон” гэдэг нь заримдаа дифференциал чиглүүлэлтийн шаардлагуудын нэг юм. Гэхдээ эдгээр дүрмийн аль нь ч механикаар хийгдэх зориулалттай биш бөгөөд олон инженерүүд өндөр хурдны дифференциал дохиоллын мөн чанарыг ойлгодоггүй бололтой. Дараахь нь ПХБ -ийн дифференциал дохионы дизайны хэд хэдэн нийтлэг алдаанууд дээр төвлөрдөг.

Буруу ойлголт 1: Дифференциал дохио нь буцах урсгалын зам болохын тулд газрын хавтгай шаардлагагүй, эсвэл дифференциал шугам нь бие биенээ буцаах урсгалыг өгдөг гэж боддог. Энэхүү үл ойлголцлын шалтгааныг гадаргуугийн үзэгдэл төөрөлдүүлж байна, эсвэл өндөр хурдтай дохио дамжуулах механизм хангалттай гүн биш байна. Зураг дээрх хүлээн авах төгсгөлийн бүтцээс харж болно. 1-8-15, Q3 ба Q4 транзисторын ялгаруулагч гүйдэл нь эквивалент ба эсрэг бөгөөд тэдгээрийн уулзвар дахь гүйдэл нь бие биенээ яг цуцалдаг (I1 = 0). Тиймээс дифференциал хэлхээ нь цахилгаан хангамж болон газардуулгын хавтгайд байж болох ижил төстэй газардуулгын болон бусад дуу чимээний дохионд мэдрэмтгий бус байдаг. Газрын хавтгайг хэсэгчилсэн буцах урсгалыг цуцлах нь дифференциал хэлхээ нь дохионы буцах зам болж лавлах хавтгайг авдаггүй гэсэн үг биш юм. Үнэн хэрэгтээ дохионы буцах урсгалын шинжилгээнд дифференциал чиглүүлэлтийн механизм нь энгийн нэг төгсгөлтэй чиглүүлэлтийн механизмтай ижил байдаг.

Давтамжийн дохио нь хамгийн бага индуктивтэй хэлхээний дагуу үргэлж буцаж урсдаг. Хамгийн том ялгаа нь ялгааны шугам нь зөвхөн газартай холбогдоод зогсохгүй хоорондоо уялдаатай байдагт оршино. Хүчтэй холболт нь буцах урсгалын гол зам болдог.

ПХБ -ийн хэлхээний дизайны хувьд дифференциал утас хоорондын холболт нь ихэвчлэн бага байдаг бөгөөд ихэвчлэн холболтын зэрэглэлийн 10 ~ 20% -ийг эзэлдэг бөгөөд ихэнх холболт нь газарт байдаг тул дифференциал утаснуудын буцах гол зам нь газар дээр байсаар байна. онгоц Орон нутгийн хавтгайд тасалдсан тохиолдолд дифференциал маршрутын хоорондох холбоос нь бүс нутаг дахь буцах урсгалын гол замыг лавлах хавтгайгүйгээр хангаж өгдөг. 1-8-17. Хэдийгээр жишиг хавтгайн тасалдал нь дифференциал утаснуудад үзүүлэх нөлөө нь энгийн нэг утсан холболттой харьцуулахад тийм ч ноцтой биш боловч дифференциал дохионы чанарыг бууруулж, EMI-ийг аль болох зайлсхийх хэрэгтэй. Зарим дизайнерууд дифференциал дамжуулалтын нийтлэг горимын дохиог таслан зогсоохын тулд дифференциал дамжуулах шугамын лавлах хавтгайг арилгаж болно гэж үздэг боловч онолын хувьд энэ хандлага нь тийм ч хүсүүштэй зүйл биш юм. Эсэргүүцлийг хэрхэн хянах вэ? Нийтлэг горимын дохиогоор газрын эсэргүүцлийн гогцоо өгөхгүй бол EMI цацраг үүсэх нь гарцаагүй бөгөөд энэ нь сайнаас илүү их хор хөнөөл учруулдаг.

Төөрөгдөл 2: Тэнцүү зайг хадгалах нь шугамын уртыг тааруулахаас илүү чухал юм. Бодит ПХБ -ийн утаснуудад дифференциал дизайны шаардлагыг хангах боломжгүй байдаг. Зүү, нүх, утас хоорондын зай болон бусад хүчин зүйлсийн хуваарилалтаас шалтгаалан зохих ороомогоор шугамын уртыг тохируулах зорилгод хүрэх шаардлагатай боловч үр дүн нь зөрүүний хосын нэг хэсэг нь параллель байж чадахгүй нь гарцаагүй юм. сонгох? Дүгнэлт хийхээс өмнө дараахь симуляцийн үр дүнг авч үзье. Дээрх симуляцийн үр дүнгээс харахад 1 -р схем ба 2 -р схемийн долгионы хэлбэрүүд бараг давхцаж байгаа, өөрөөр хэлбэл тэгш бус хоорондын зайны нөлөө хамгийн бага, шугамын уртын үл нийцлийн нөлөө нь цаг хугацааны дараалалд хамаагүй их байгааг харж болно (Схем 3) . Онолын шинжилгээний үүднээс авч үзвэл, хоорондоо нийцэхгүй зай нь эсэргүүцлийн зөрүүг өөрчлөхөд хүргэдэг, гэхдээ ялгааг хосоор нь холбох нь тийм ч чухал биш тул эсэргүүцлийн өөрчлөлтийн хүрээ нь маш бага, ихэвчлэн 10%дотор байдаг. дохио дамжуулахад мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлэхгүй нүхнээс үүдэлтэй тусгал. Шугамын уртыг тааруулаагүй бол цагийн дарааллын офсетээс гадна нийтлэг горимын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг дифференциал дохионд оруулдаг бөгөөд энэ нь дохионы чанарыг бууруулж, EMI -ийг нэмэгдүүлдэг.

ПХБ -ийн дифференциал утас зохион бүтээх хамгийн чухал дүрэм бол шугамын уртыг тааруулах явдал бөгөөд бусад дүрмийг дизайны шаардлага, практик хэрэглээний дагуу уян хатан зохицуулж болно гэж хэлж болно.

Гурав дахь ташаа ойлголт: ялгааны шугам маш ойрхон байх ёстой гэж бодож байна. Хоорондын ялгааг хооронд нь ойр байлгах нь дуу чимээний дархлааг сайжруулах, соронзон орны эсрэг туйлшралын давуу талыг ашиглан гадаад ертөнцөөс цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоог цуцлахаас өөр юу ч биш юм. Хэдийгээр энэ арга нь ихэнх тохиолдолд маш таатай байдаг ч энэ нь туйлын биш юм. Хэрэв тэд гадны хөндлөнгийн оролцооноос бүрэн хамгаалагдаж чадвал бид бие биетэйгээ хүчтэй холбоо тогтоох замаар хөндлөнгийн оролцоо, EMI-ийг дарах зорилгод хүрэх шаардлагагүй болно. Дифференциал чиглүүлэлт нь сайн тусгаарлалт, хамгаалалттай байх ёстой вэ? Шугам болон бусад дохионы хоорондох зайг нэмэгдүүлэх нь хамгийн үндсэн аргуудын нэг юм. Цахилгаан соронзон орны энерги нь зайн квадрат харьцаагаар буурдаг. Ерөнхийдөө шугамын хоорондох зай шугамын өргөнөөс 4 дахин их байвал тэдгээрийн хоорондын хөндлөнгийн оролцоо маш сул бөгөөд үүнийг үл тоомсорлож болно. Үүнээс гадна, газрын хавтгайгаар тусгаарлах нь сайн хамгаалалтын нөлөө үзүүлэх боломжтой. Энэхүү бүтцийг ихэвчлэн өндөр давтамжтай (10G-аас дээш) IC савласан ПХБ-ийн дизайнд ашигладаг бөгөөд үүнийг дифференциал эсэргүүцлийн хатуу хяналтыг (2Z0) хангах зорилгоор ашигладаг. 1-8-19.

Дифференциал чиглүүлэлтийг өөр өөр дохионы давхаргад хийж болох боловч үүнийг ерөнхийдөө хийхийг зөвлөдөггүй, учир нь эсэргүүцэл ба янз бүрийн давхаргын цоорхой гэх мэт ялгаа нь дифференциал горимын дамжуулах эффектийг устгаж, нийтлэг горимын дуу чимээг бий болгодог. Нэмж дурдахад хэрэв хоёр зэргэлдээ давхаргыг хооронд нь нягт холбоогүй бол дифференциал чиглүүлэлтийн дуу чимээг эсэргүүцэх чадвар буурах болно, гэхдээ ойр орчмын чиглүүлэлтүүд хоорондоо зохих зайтай байвал хөндлөн огтлолцол нь асуудал үүсгэхгүй. Ерөнхий давтамжтай (GHz -ээс доош) EMI нь ноцтой асуудал үүсгэхгүй. Туршилтаас үзэхэд 500 метрээс дээш 3 милийн зайтай дифференциал шугамын цацрагийн энергийн бууралт 60 дБ -д хүрсэн нь FCC -ийн ЦАХИЛГАХ ЦАХИЛГААН цацрагийн стандартыг хангахад хангалттай юм. Тиймээс дизайнерууд дифференциал шугамын хангалтгүй холболтоос үүдэлтэй цахилгаан соронзон нийцэхгүй байдлын талаар хэт их санаа зовох хэрэггүй болно.

3. серпентинүүд

Layout дээр серпентин шугамыг ихэвчлэн ашигладаг. Үүний гол зорилго нь цаг хугацааны хоцролтыг тохируулах, системийн цагийн төлөвлөлтийн шаардлагыг хангах явдал юм. Загвар зохион бүтээгчид эхлээд могойн утас нь дохионы чанарыг алдагдуулж, дамжуулалтын саатлыг өөрчилж, утас холбохоос зайлсхийх ёстой гэдгийг ойлгох ёстой. Гэсэн хэдий ч практик дизайны хувьд дохио хүлээн авах хангалттай хугацааг хангах эсвэл ижил бүлгийн дохионы хоорондох хугацааг багасгахын тулд ороомгийг санаатайгаар хийх ёстой.

Тэгэхээр могой дамжуулах дохио өгөхийн тулд юу хийдэг вэ? Шугам алхахдаа юуг анхаарах ёстой вэ? Хамгийн чухал хоёр параметр нь Зураг дээр үзүүлсэн шиг зэрэгцээ холбох урт (Lp) ба холбох зай (S) юм. 1-8-21. Мэдээжийн хэрэг, дохиог серпентин шугамаар дамжуулах үед параллель шугамын сегментүүдийн хооронд ялгаа горим хэлбэрээр холболт үүсэх болно. S нь жижиг байх тусам Lp нь том байх ба холболтын зэрэг нь их байх болно. Энэ нь 3 -р бүлэгт нийтлэг горим ба дифференциал горимын хөндлөн огтлолын шинжилгээнд тайлбарласны дагуу дамжуулалтын хоцрогдол буурч, дохионы чанар мэдэгдэхүйц буурахад хүргэж болзошгүй юм.

Серпентинтэй ажиллахдаа Layout инженерүүдэд өгөх хэдэн зөвлөмжийг энд оруулав.

1. Зэрэгцээ шугамын сегментийн зайг (S) нэмэгдүүлэхийг хичээ, энэ нь дор хаяж 3H -ээс их байна. H нь дохионы шугамаас лавлах хавтгай хүртэлх зайг хэлнэ. Ерөнхийдөө энэ бол том муруй авах явдал юм. S хангалттай том бол холболтын нөлөөг бараг бүрэн зайлсхийх боломжтой.

2. Lp холболтын уртыг багасгахад Lp -ийн хоцрогдол нь дохионы өсөлтийн хугацаанаас хоёр дахин ойртох эсвэл хэтрэх үед үүссэн хөндлөн чиглэл ханалтанд хүрнэ.

3. Могой шиг зурвас эсвэл суулгагдсан бичил зурвасаас үүдэлтэй дохионы дамжуулалтын саатал нь микро зурвасаас бага байна. Онолын хувьд дифференциал горимтой тул туузны шугам дамжуулалтын хурданд нөлөөлдөггүй.

4. Хугацааны талаар хатуу шаардлага тавьдаг өндөр хурдны болон дохиоллын шугамын хувьд серпентин шугамаар явахгүй байхыг хичээгээрэй, ялангуяа жижиг газар.

5. Аливаа өнцөгт могойн чиглүүлэлтийг ихэвчлэн ашиглаж болно. Зураг дээрх C бүтэц. 1-8-20 нь хоорондоо уялдаа холбоог үр дүнтэй бууруулж чадна.

6. Өндөр хурдтай ПХБ-ийн дизайны хувьд серпентин нь шүүлтүүр эсвэл хөндлөнгийн оролцоо гэж нэрлэгддэггүй бөгөөд зөвхөн дохионы чанарыг бууруулж чаддаг тул үүнийг зөвхөн цагийг тааруулахад ашигладаг бөгөөд өөр зорилгоор ашигладаггүй.

7. Заримдаа спираль ороомог гэж үзэж болно. Симуляци нь түүний нөлөө нь ердийн могой ороомогоос илүү сайн болохыг харуулж байна.