Susun atur adalah salah satu kemahiran kerja paling asas Reka bentuk PCB jurutera. Kualiti pendawaian secara langsung akan mempengaruhi prestasi keseluruhan sistem, sebahagian besar teori reka bentuk berkelajuan tinggi akhirnya mesti direalisasikan dan disahkan oleh Layout, sehingga dapat dilihat bahawa pendawaian sangat penting dalam reka bentuk PCB berkelajuan tinggi. Berikut ini adalah memandangkan pendawaian sebenar mungkin menghadapi beberapa situasi, analisis rasionalitasnya, dan memberikan beberapa strategi perutean yang lebih dioptimumkan. Terutamanya dari garis Sudut kanan, garis perbezaan, garis ular dan sebagainya tiga aspek untuk dihuraikan.

1. Garisan segi empat tepat

Pendawaian sudut kanan umumnya diperlukan untuk mengelakkan keadaan pendawaian PCB, dan hampir menjadi salah satu standard untuk mengukur kualiti pendawaian, jadi berapa banyak kesan pendawaian sudut kanan pada penghantaran isyarat? Pada prinsipnya, pendawaian sudut kanan akan mengubah lebar saluran saluran penghantaran, mengakibatkan penghentian impedans. Sebenarnya, bukan hanya garis Sudut kanan, sudut Sudut, garis Sudut akut boleh menyebabkan perubahan impedans.

Pengaruh penjajaran sudut kanan pada isyarat terutamanya dicerminkan dalam tiga aspek: pertama, sudut dapat bersamaan dengan beban kapasitif pada saluran transmisi, memperlambat waktu kenaikan; Kedua, penghentian impedans akan menyebabkan pantulan isyarat; Ketiga, EMI dihasilkan oleh hujung Sudut kanan.

Kapasitansi parasit yang disebabkan oleh Sudut kanan saluran penghantaran dapat dikira dengan formula empirik berikut:

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

Dalam formula di atas, C merujuk pada kapasitansi setara di sudut (pF), W merujuk pada lebar garis (inci), ε R merujuk kepada pemalar dielektrik medium, dan Z0 adalah ciri impedans transmisi garis. Sebagai contoh, untuk saluran transmisi 4Mils 50 ohm (εr 4.3), kapasiti Sudut kanan kira-kira 0.0101pF, dan variasi masa kenaikan dapat dianggarkan:

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

Dari pengiraan dapat dilihat bahawa kesan kapasitansi yang dibawa oleh pendawaian sudut kanan sangat kecil.

Apabila lebar garis garis sudut kanan meningkat, impedans pada titik ini akan berkurang, jadi akan ada fenomena pantulan isyarat tertentu. Kita dapat mengira impedans setara setelah lebar garis meningkat mengikut formula pengiraan impedans yang disebutkan di bahagian saluran penghantaran, dan kemudian mengira pekali pantulan mengikut formula empirik: ρ = (Zs-Z0) / (Zs + Z0), pendawaian sudut kanan umum yang mengakibatkan perubahan impedans antara 7% -20%, jadi pekali pantulan maksimum adalah sekitar 0.1. Lebih-lebih lagi, seperti yang dapat dilihat dari gambar di bawah, impedans saluran transmisi berubah menjadi minimum dalam panjang garis W / 2, dan kemudian mengembalikan ke impedans normal setelah waktu W / 2. Masa untuk keseluruhan perubahan impedans sangat singkat, biasanya dalam 10ps. Perubahan cepat dan kecil seperti itu hampir tidak dapat dilakukan untuk penghantaran isyarat umum.

Banyak orang mempunyai pemahaman tentang perutean sudut kanan, mempercayai bahawa hujungnya mudah memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik dan menghasilkan EMI, yang telah menjadi salah satu sebab mengapa banyak orang berpendapat bahawa perutean sudut kanan tidak mungkin dilakukan. Walau bagaimanapun, banyak keputusan ujian praktikal menunjukkan bahawa garis sudut kanan tidak menghasilkan banyak EMI daripada garis lurus. Mungkin prestasi instrumen semasa dan tahap ujian menyekat ketepatan ujian, tetapi sekurang-kurangnya ia menunjukkan bahawa sinaran garis sudut kanan kurang daripada kesalahan pengukuran instrumen itu sendiri. Secara umum, penjajaran sudut kanan tidak begitu mengerikan seperti yang disangka. Sekurang-kurangnya dalam aplikasi di bawah GHz, sebarang kesan seperti kapasitansi, pantulan, EMI, dan lain-lain hampir tidak dapat dilihat dalam ujian TDR. Jurutera reka bentuk PCB berkelajuan tinggi harus menumpukan pada susun atur, reka bentuk kuasa / tanah, reka bentuk pendawaian, perforasi, dll. Walaupun, tentu saja, kesan garis lurus segi empat tepat tidak terlalu serius, tetapi tidak boleh dikatakan bahawa kita dapat berjalan dengan garis Sudut kanan, perhatian terhadap perincian adalah kualiti penting bagi setiap jurutera yang baik, dan, dengan perkembangan litar digital yang pesat , Jurutera PCB memproses frekuensi isyarat juga akan terus meningkat, kepada lebih dari 10 bidang reka bentuk RF GHZ, Sudut kanan kecil ini boleh menjadi tumpuan masalah berkelajuan tinggi.

2. Perbezaan dari

DifferenTIal Signal digunakan secara meluas dalam reka bentuk litar berkelajuan tinggi. Isyarat yang paling penting dalam litar adalah reka bentuk Isyarat Berbeza. Bagaimana memastikan prestasi yang baik dalam reka bentuk PCB? Dengan mempertimbangkan dua soalan ini, kita beralih ke bahagian seterusnya perbincangan kita.

Apakah isyarat pembezaan? Dalam bahasa Inggeris biasa, pemandu menghantar dua isyarat yang setara dan terbalik, dan penerima membandingkan perbezaan antara dua voltan untuk menentukan sama ada keadaan logik adalah “0” atau “1”. Pasangan wayar yang membawa isyarat pembezaan disebut wayar pembezaan.

Berbanding dengan penghalaan isyarat tunggal tunggal, isyarat pembezaan mempunyai kelebihan yang paling jelas dalam tiga aspek berikut:

A. Keupayaan anti-gangguan yang kuat, kerana gandingan antara dua garis pembezaan sangat baik, apabila terdapat gangguan bunyi, mereka hampir digabungkan dengan dua baris pada masa yang sama, dan penerima hanya peduli dengan perbezaan antara dua isyarat, jadi bunyi mod biasa luaran dapat dibatalkan sepenuhnya.

B. Ia dapat menekan EMI dengan berkesan. Begitu juga, kerana dua isyarat saling bertentangan, medan elektromagnetik yang dipancarkan oleh mereka dapat saling membatalkan. Semakin dekat gandingan, semakin sedikit tenaga elektromagnetik yang dilepaskan ke dunia luar.

C. Kedudukan masa tepat. Oleh kerana peralihan pertukaran isyarat pembezaan terletak di persimpangan dua isyarat, tidak seperti isyarat hujung tunggal biasa yang dinilai oleh voltan ambang tinggi dan rendah, ia kurang dipengaruhi oleh proses dan suhu, yang dapat mengurangkan kesilapan waktu dan lebih sesuai untuk litar dengan isyarat amplitud rendah. LVDS (perbezaan voltan rendah Tanda) merujuk kepada teknologi isyarat pembezaan amplitud kecil ini.

Bagi jurutera PCB, keprihatinan yang paling penting adalah bagaimana memastikan kelebihan kelebihan routing ini dapat digunakan sepenuhnya dalam routing sebenarnya. Mungkin selama ia bersentuhan dengan Layout orang akan memahami syarat umum routing pembezaan, yaitu “panjang sama, jarak sama”. Isometrik adalah untuk memastikan bahawa dua isyarat pembezaan sentiasa mengekalkan kekutuban bertentangan, mengurangkan komponen mod biasa; Isometrik terutamanya untuk memastikan impedans pembezaan yang sama, mengurangkan pantulan. “Sedekat mungkin” kadang-kadang salah satu syarat untuk routing berbeza. Tetapi tidak ada peraturan yang dimaksudkan untuk diterapkan secara mekanikal, dan banyak jurutera nampaknya tidak memahami sifat isyarat pembezaan berkelajuan tinggi. Berikut ini memfokuskan pada beberapa kesalahan biasa dalam reka bentuk isyarat pembezaan PCB.

Kesalahpahaman 1: Isyarat pembezaan tidak memerlukan satah tanah sebagai jalan aliran balik, atau berpendapat bahawa garis pembezaan memberikan jalan aliran balik satu sama lain. Punca salah faham ini dikelirukan oleh fenomena permukaan, atau mekanisme penghantaran isyarat berkelajuan tinggi tidak cukup mendalam. Seperti yang dapat dilihat dari struktur hujung penerima pada Gambar. 1-8-15, arus pemancar transistor Q3 dan Q4 adalah setara dan berlawanan, dan arus mereka di persimpangan sama sekali membatalkan satu sama lain (I1 = 0). Oleh itu, litar pembezaan tidak sensitif terhadap unjuran tanah yang serupa dan isyarat bunyi lain yang mungkin wujud dalam bekalan kuasa dan pesawat tanah. Pembatalan aliran balik separa dari permukaan tanah tidak bermaksud bahawa litar pembezaan tidak mengambil satah rujukan sebagai jalan kembali isyarat. Sebenarnya, dalam analisis aliran balik isyarat, mekanisme routing pembeza adalah sama dengan routing hujung tunggal biasa, iaitu, tinggi

Isyarat frekuensi sentiasa mengalir kembali sepanjang litar dengan aruhan terkecil. Perbezaan terbesar terletak pada garis perbezaan bukan hanya mempunyai gandingan ke tanah, tetapi juga mempunyai gandingan antara satu sama lain. Gandingan yang kuat menjadi jalan aliran balik utama.

Dalam reka bentuk litar PCB, gandingan antara pendawaian pembezaan pada umumnya kecil, biasanya hanya 10 ~ 20% dari tahap gandingan, dan sebahagian besar gandingan adalah ke tanah, jadi jalan aliran balik utama pendawaian berbeza masih ada di dalam tanah kapal terbang. Sekiranya terdapat ketakselanjaran pada pesawat tempatan, gandingan antara laluan pembezaan menyediakan jalur aliran balik utama di rantau ini tanpa satah rujukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1-8-17. Walaupun kesan ketakselanjaran pesawat rujukan pada pendawaian pembezaan tidak begitu serius seperti pendawaian hujung tunggal biasa, ia masih akan mengurangkan kualiti isyarat pembezaan dan meningkatkan EMI, yang harus dielakkan sejauh mungkin. Sebilangan pereka percaya bahawa bidang rujukan garis transmisi pembezaan dapat dikeluarkan untuk menekan sebahagian isyarat mod biasa dalam transmisi pembezaan, tetapi secara teorinya pendekatan ini tidak diinginkan. Bagaimana cara mengawal impedans? Tanpa memberikan gelung impedans tanah untuk isyarat mod biasa, sinaran EMI pasti disebabkan, yang lebih berbahaya daripada yang baik.

Mitos 2: Mengekalkan jarak yang sama lebih penting daripada memadankan panjang garis. Dalam pendawaian PCB sebenarnya, selalunya tidak dapat memenuhi kehendak reka bentuk pembezaan. Oleh kerana pengedaran pin, lubang, dan ruang pendawaian dan faktor-faktor lain, adalah perlu untuk mencapai tujuan pencocokan panjang garis melalui penggulungan yang sesuai, tetapi hasilnya pasti bahagian perbezaan pasangan tidak dapat selari, pada masa ini, bagaimana untuk memilih? Sebelum kita membuat kesimpulan, mari kita lihat hasil simulasi berikut. Dari hasil simulasi di atas dapat dilihat bahawa bentuk gelombang skema 1 dan Skema 2 hampir bertepatan, iaitu pengaruh jarak jarak yang tidak sama adalah minimum, dan pengaruh ketidakcocokan panjang garis jauh lebih besar pada urutan masa (Skema 3) . Dari perspektif analisis teoritis, walaupun jarak yang tidak konsisten akan menyebabkan perbezaan impedans berubah, tetapi kerana gandingan antara pasangan perbezaan itu sendiri tidak signifikan, maka julat perubahan impedansi juga sangat kecil, biasanya dalam 10%, hanya setara ke pantulan yang disebabkan oleh lubang, yang tidak akan menyebabkan kesan yang signifikan terhadap penghantaran isyarat. Setelah panjang garis tidak sepadan, sebagai tambahan kepada urutan waktu yang diimbangi, komponen mod biasa diperkenalkan ke dalam isyarat pembezaan, yang mengurangkan kualiti isyarat dan meningkatkan EMI.

Boleh dikatakan bahawa peraturan yang paling penting dalam reka bentuk pendawaian PCB adalah sesuai dengan panjang garis, dan peraturan lain dapat ditangani secara fleksibel sesuai dengan keperluan reka bentuk dan aplikasi praktikal.

Kesalahpahaman tiga: garis perbezaan berfikir mesti bergantung sangat dekat. Titik menjaga garis perbezaan dekat tidak lain adalah meningkatkan gandingan mereka, baik untuk meningkatkan kekebalan mereka terhadap bunyi bising dan memanfaatkan polaritas berlawanan medan magnet untuk membatalkan gangguan elektromagnetik dari dunia luar. Walaupun pendekatan ini sangat baik dalam kebanyakan kes, ia tidak mutlak. Sekiranya mereka dapat dilindungi sepenuhnya dari gangguan luaran, maka kita tidak perlu mencapai tujuan anti-gangguan dan penindasan EMI melalui gandingan yang kuat antara satu sama lain. Bagaimana untuk memastikan bahawa routing pembezaan mempunyai pengasingan dan pelindung yang baik? Meningkatkan jarak antara garis dan isyarat lain adalah salah satu cara yang paling asas. Tenaga medan elektromagnetik berkurang dengan hubungan segiempat jarak. Secara amnya, apabila jarak antara garis lebih dari 4 kali lebar garis, gangguan di antara mereka sangat lemah dan dapat diabaikan pada dasarnya. Selain itu, pengasingan melalui permukaan tanah juga dapat memberikan kesan pelindung yang baik. Struktur ini sering digunakan dalam reka bentuk PCB berkemas IC frekuensi tinggi (di atas 10G), yang dikenali sebagai struktur CPW, untuk memastikan kawalan impedans pembezaan yang ketat (2Z0), FIG. 1-8-19.

Perutean pembezaan juga dapat dilakukan dalam lapisan isyarat yang berlainan, tetapi ini umumnya tidak disarankan, kerana perbezaan seperti impedans dan melalui lubang pada lapisan yang berlainan dapat menghancurkan kesan transmisi mod pembezaan dan memperkenalkan kebisingan mod biasa. Selain itu, jika dua lapisan bersebelahan tidak digabungkan dengan erat, kemampuan routing pembeza untuk menolak bunyi akan berkurang, tetapi crosstalk tidak menjadi masalah jika jarak yang tepat dipertahankan dengan routing sekitarnya. Pada frekuensi umum (di bawah GHz), EMI tidak akan menjadi masalah yang serius. Eksperimen menunjukkan bahawa pelemahan tenaga radiasi garis pembezaan dengan jarak 500Mils melebihi 3 meter telah mencapai 60dB, yang cukup untuk memenuhi standard radiasi ELECTROMAGNETIC FCC. Oleh itu, pereka tidak perlu terlalu bimbang tentang ketidaksesuaian elektromagnetik yang disebabkan oleh gandingan garis pembezaan yang tidak mencukupi.

3. serpentine

Garis serpentin sering digunakan dalam Layout. Tujuan utamanya adalah untuk menyesuaikan kelewatan waktu dan memenuhi keperluan reka bentuk pemasaan sistem. Pereka terlebih dahulu harus memahami bahawa wayar serpentin akan merosakkan kualiti isyarat, mengubah kelewatan penghantaran, dan harus dielakkan semasa pendawaian. Walau bagaimanapun, dalam reka bentuk praktikal, untuk memastikan masa isyarat yang mencukupi, atau untuk mengurangkan pengimbangan waktu antara kumpulan isyarat yang sama, penggulungan harus dilakukan dengan sengaja.

Jadi apa yang dilakukan oleh serpentine untuk menghantar isyarat? Apa yang harus saya perhatikan ketika berjalan di garisan? Dua parameter yang paling kritikal adalah panjang gandingan selari (Lp) dan jarak gandingan (S), seperti yang ditunjukkan dalam Gambar. 1-8-21. Jelas, apabila isyarat dihantar dalam garis serpentin, akan ada gandingan antara segmen garis selari dalam bentuk mod perbezaan. Semakin kecil S, semakin besar Lp, dan semakin besar darjah gandingannya. Ini dapat mengakibatkan kelewatan transmisi berkurang dan pengurangan kualiti isyarat yang signifikan disebabkan crosstalk, seperti yang dijelaskan dalam bab 3 untuk analisis mod umum dan mod pembeza.

Berikut adalah beberapa petua untuk jurutera Layout ketika berurusan dengan serpentin:

1. Cuba tingkatkan jarak (S) segmen garis selari, yang sekurang-kurangnya lebih besar daripada 3H. H merujuk kepada jarak dari garis isyarat ke satah rujukan. Secara amnya, ini adalah dengan mengambil lekukan yang besar. Selagi S cukup besar, kesan gandingan dapat dielakkan sepenuhnya.

2. Apabila panjang gandingan Lp dikurangkan, crosstalk yang dihasilkan akan mencapai ketepuan apabila kelewatan Lp dua kali menghampiri atau melebihi masa kenaikan isyarat.

3. Kelewatan penghantaran isyarat yang disebabkan oleh garis-garis seperti jalur ular atau jalur mikro tertanam lebih kecil daripada jalur jalur mikro. Secara teorinya, garis pita tidak mempengaruhi kadar penghantaran kerana mod pembezaan crosstalk.

4. Untuk jalur pantas dan isyarat dengan syarat ketat pada masa, cubalah untuk tidak berjalan di garis serpentin, terutama di kawasan kecil.

5. Perutean serpentin di Sudut mana pun sering dapat digunakan. Struktur C dalam Rajah. 1-8-20 dapat mengurangkan gandingan antara satu sama lain dengan berkesan.

6. Dalam reka bentuk PCB berkelajuan tinggi, serpentine tidak memiliki kemampuan penyaringan atau anti-gangguan, dan hanya dapat mengurangkan kualiti isyarat, jadi hanya digunakan untuk pencocokan waktu dan tidak ada tujuan lain.

7. Kadang kala penggulungan spiral dapat dipertimbangkan. Simulasi menunjukkan bahawa kesannya lebih baik daripada penggulungan serpentin biasa.