Dengan peningkatan kelajuan pensuisan output litar bersepadu dan Lembaga BPA density, Signal Integrity has become one of the issues that must be concerned in high-speed digital PCB design. The parameters of components and PCB board, the layout of components on PCB board, the wiring of high-speed Signal line and other factors, Can cause problems with signal integrity.

For PCB layouts, signal integrity requires a board layout that does not affect signal timing or voltage, while for circuit wiring, signal integrity requires termination elements, layout strategies, and wiring information. Kelajuan isyarat tinggi pada PCB, penempatan komponen akhir yang salah, atau pendawaian isyarat kelajuan tinggi yang salah boleh menyebabkan masalah integriti isyarat, yang boleh menyebabkan sistem mengeluarkan data yang salah, litar berfungsi dengan tidak betul atau tidak berfungsi sama sekali. How to take signal integrity into full consideration and take effective control measures in PCB design has become a hot topic in PCB design industry.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. Sebaliknya, apabila isyarat tidak bertindak balas dengan betul, terdapat masalah integriti isyarat. Masalah integriti isyarat boleh membawa kepada atau secara langsung membawa kepada herotan isyarat, ralat pemasaan, data yang salah, alamat dan talian kawalan, dan salah operasi sistem, atau malah ranap sistem. Dalam proses amalan reka bentuk PCB, orang ramai telah mengumpul banyak peraturan reka bentuk PCB. Dalam reka bentuk PCB, integriti isyarat PCB boleh dicapai dengan lebih baik dengan merujuk dengan teliti kepada peraturan reka bentuk ini.

When designing PCB, we should first understand the design information of the whole circuit board, which mainly includes:

1. The number of devices, device size, device package, chip rate, whether PCB is divided into low speed, medium speed and high speed area, which is the interface input and output area;

2. The overall layout requirements, device layout location, whether there is a high power device, chip device heat dissipation special requirements;

3. Jenis garis isyarat, arah kelajuan dan penghantaran, keperluan kawalan impedans garis isyarat, arah kelajuan bas dan keadaan pemanduan, isyarat utama dan langkah-langkah perlindungan;

4. Jenis bekalan kuasa, jenis tanah, keperluan toleransi bunyi untuk bekalan kuasa dan tanah, tetapan dan pembahagian bekalan kuasa dan satah tanah;

5. Jenis dan kadar garisan jam, sumber dan arah garisan jam, keperluan kelewatan jam, keperluan talian terpanjang.

Reka bentuk berlapis PCB

Selepas memahami maklumat asas papan litar, adalah perlu untuk menimbang keperluan reka bentuk kos papan litar dan integriti isyarat, dan memilih bilangan lapisan pendawaian yang munasabah. At present, the circuit board has gradually developed from single layer, double layer and four layer to more multi-layer circuit board. Multi-layer PCB design can improve the reference surface of signal routing and provide backflow path for signal, which is the main measure to achieve good signal integrity. When designing PCB layering, follow the following rules:

1. Satah rujukan sebaik-baiknya ialah satah tanah. Both power supply and ground plane can be used as reference plane, and both have certain shielding function. Walau bagaimanapun, kesan perisai satah bekalan kuasa adalah jauh lebih rendah daripada satah tanah kerana impedans cirinya yang lebih tinggi dan beza potensi yang lebih besar antara satah bekalan kuasa dan aras tanah rujukan.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. Jika kos reka bentuk membenarkan, sebaiknya susun litar digital dan analog pada lapisan berasingan. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. Kuasa analog dan digital dan tanah mesti dipisahkan, jangan sekali-kali bercampur.

3. Penghalaan isyarat utama lapisan bersebelahan tidak melintasi kawasan pembahagian. Isyarat akan membentuk gelung isyarat yang besar merentasi rantau dan menjana sinaran yang kuat. If the signal cable must cross the area when the ground cable is divided, a single point can be connected between the ground to form a connection bridge between the two ground points, and then the cable can be routed through the connection bridge.

4. Perlu ada satah tanah yang agak lengkap di bawah permukaan komponen. Integriti satah tanah mesti dikekalkan sejauh mungkin untuk plat berbilang lapisan. Tiada garis isyarat biasanya dibenarkan berjalan di satah tanah.

5, frekuensi tinggi, kelajuan tinggi, jam dan garis isyarat utama lain harus mempunyai satah tanah yang berdekatan. In this way, the distance between signal line and ground line is only the distance between PCB layers, so the actual current always flows in the ground line directly below the signal line, forming the smallest signal loop area and reducing radiation.

How to design the signal of integrity PCB

PCB layout design

Kunci reka bentuk integriti isyarat papan bercetak ialah susun atur dan pendawaian, yang berkaitan secara langsung dengan prestasi PCB. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. Jika PCB terlalu besar dan diedarkan, talian penghantaran mungkin sangat panjang, mengakibatkan impedans meningkat, rintangan hingar berkurangan, dan peningkatan kos. If the components are placed together, heat dissipation is poor, and coupling crosstalk may occur in adjacent wiring. Oleh itu, susun atur mestilah berdasarkan unit fungsi litar, sambil mempertimbangkan keserasian elektromagnet, pelesapan haba dan faktor antara muka.

When laying out a PCB with mixed digital and analog signals, do not mix digital and analog signals. Sekiranya isyarat analog dan digital mesti dicampurkan, pastikan untuk membuat garis menegak untuk mengurangkan kesan gandingan silang. Litar digital, litar analog, dan litar penjana hingar pada papan litar hendaklah diasingkan, dan litar sensitif hendaklah dialihkan terlebih dahulu, dan laluan gandingan antara litar hendaklah dihapuskan. Khususnya, pertimbangkan jam, set semula dan garisan sampuk, jangan selari garisan ini dengan talian suis arus tinggi, jika tidak mudah rosak oleh isyarat gandingan elektromagnet, menyebabkan set semula atau gangguan yang tidak dijangka. The overall layout should follow the following principles:

1. Susun atur partition fungsional, litar analog dan litar digital pada PCB harus mempunyai susun atur spatial yang berbeza.

2. Mengikut proses isyarat litar untuk mengatur unit litar berfungsi, supaya aliran isyarat untuk mengekalkan arah yang sama.

3. Take the core components of each functional circuit unit as the center, and other components are arranged around it.

4. Shorten the connection between high-frequency components as much as possible and try to reduce their distribution parameters.

5. Easily disturbed components should not be too close to each other, input and output components should be far away.

How to design the signal of integrity PCB

Reka bentuk pendawaian PCB

Semua talian isyarat hendaklah dikelaskan sebelum pendawaian PCB. First of all, clock line, sensitive signal line, and then high-speed signal line, in order to ensure that this kind of signal through the hole is enough, distribution parameters of good characteristics, and then general unimportant signal line.

Incompatible signal lines should be far away from each other and do not parallel wiring, such as digital and analog, high speed and low speed, high current and small current, high voltage and low voltage. Kabel isyarat pada lapisan yang berbeza harus dihalakan secara menegak antara satu sama lain untuk mengurangkan crosstalk. Susunan garis isyarat paling baik disusun mengikut arah aliran isyarat. Garis isyarat keluaran litar tidak boleh dijejaki semula ke kawasan garis isyarat input. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. Pada panel dua, jika perlu, wayar pengasingan dapat ditambahkan pada kedua-dua sisi garis isyarat berkelajuan tinggi. Semua garisan jam berkelajuan tinggi pada papan berbilang lapisan hendaklah dilindungi mengikut panjang garisan jam.

Prinsip umum untuk pendawaian adalah:

1. Sejauh mungkin untuk memilih reka bentuk pendawaian berketumpatan rendah, dan pendawaian isyarat sejauh mungkin ketebalan konsisten, kondusif untuk pencocokan impedans. Untuk litar rf, reka bentuk yang tidak munasabah arah garis isyarat, lebar dan jarak talian boleh menyebabkan gangguan silang antara talian penghantaran isyarat.

2. Seboleh-bolehnya untuk mengelakkan wayar input dan output bersebelahan dan pendawaian selari jarak jauh. Untuk mengurangkan crosstalk garis isyarat selari, jarak antara garis isyarat boleh ditingkatkan, atau tali pinggang pengasingan boleh dimasukkan antara garis isyarat.

3. Lebar garisan pada PCB hendaklah seragam dan tiada mutasi lebar talian akan berlaku. Bengkok pendawaian PCB tidak boleh menggunakan sudut 90 darjah, harus menggunakan lengkok atau Sudut 135 darjah, sejauh mungkin untuk mengekalkan kesinambungan impedans talian.

4. Minimize the area of the current loop. The external radiation intensity of current-carrying circuit is proportional to the current passing through, the loop area and the square of signal frequency. Reducing the current loop area can reduce the ELECTROMAGNETIC interference of PCB.

5. Seboleh-bolehnya untuk mengurangkan panjang wayar, menambah lebar wayar, adalah kondusif untuk mengurangkan impedans wayar.

6. Untuk isyarat kawalan suis, bilangan pendawaian PCB SIGNAL yang mengubah keadaan pada masa yang sama harus dikurangkan sejauh mungkin.