It-tqassim huwa wieħed mill-aktar ħiliet bażiċi tax-xogħol għall-inġiniera tad-disinn tal-PCB. Il-kwalità tal-wajers se taffettwa direttament il-prestazzjoni tas-sistema kollha. Il-biċċa l-kbira tat-teoriji tad-disinn ta ‘veloċità għolja għandhom jiġu finalment implimentati u verifikati permezz ta’ Layout. Wieħed jista ‘jara li wiring huwa importanti ħafna fil PCB ta ‘veloċità għolja disinn. Dan li ġej se janalizza r-razzjonalità ta ‘xi sitwazzjonijiet li jistgħu jiltaqgħu magħhom fil-wajers attwali, u jagħtu xi strateġiji ta’ rotta aktar ottimizzati.

Huwa spjegat prinċipalment minn tliet aspetti: wajers ta ‘angolu rett, wajers differenzjali, u wajers serpentine.

1. Rotot ta ‘angolu rett

Il-wajers ta ‘l-angolu rett huwa ġeneralment sitwazzjoni li jeħtieġ li tiġi evitata kemm jista’ jkun fil-wajers tal-PCB, u kważi sar wieħed mill-istandards għall-kejl tal-kwalità tal-wajers. Allura kemm se jkollu influwenza l-wajers tal-angolu rett fuq it-trasmissjoni tas-sinjal? Fil-prinċipju, ir-rotta ta ‘l-angolu rett se tbiddel il-wisa’ tal-linja tal-linja ta ‘trażmissjoni, u tikkawża diskontinwità fl-impedenza. Fil-fatt, mhux biss ir-rotta b’angolu rett, iżda wkoll il-kantunieri u r-rotta b’angolu akut jistgħu jikkawżaw bidliet fl-impedenza.

L-influwenza tar-rotta b’angolu rett fuq is-sinjal hija riflessa prinċipalment fi tliet aspetti:

Waħda hija li l-kantuniera tista ‘tkun ekwivalenti għat-tagħbija abilità fuq il-linja ta’ trasmissjoni, li tnaqqas il-ħin taż-żieda; it-tieni hija li d-diskontinwità tal-impedenza tikkawża riflessjoni tas-sinjal; it-tielet huwa l-IME ġġenerat mill-ponta tal-angolu rett.

Il-kapaċità parassitika kkawżata mill-angolu rett tal-linja ta ‘trażmissjoni tista’ tiġi kkalkulata bil-formula empirika li ġejja:

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

Fil-formula ta ‘hawn fuq, C tirreferi għall-kapaċità ekwivalenti tal-kantuniera (unità: pF), W tirreferi għall-wisa’ tat-traċċa (unità: pulzier), εr tirreferi għall-kostanti dielettrika tal-medju, u Z0 hija l-impedenza karatteristika tal-linja tat-trasmissjoni. Pereżempju, għal linja ta ‘trażmissjoni ta’ 4Mils 50 ohm (εr huwa 4.3), il-kapaċità miġjuba b’angolu rett hija ta ‘madwar 0.0101pF, u allura l-bidla fil-ħin ta’ żieda kkawżata minn dan tista ‘tiġi stmata:

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

Jista ‘jidher permezz ta’ kalkolu li l-effett ta ‘capacitance miġjub mit-traċċa ta’ l-angolu rett huwa estremament żgħir.

Hekk kif il-wisa ‘tal-linja tat-traċċa ta’ l-angolu rett tiżdied, l-impedenza hemmhekk se tonqos, għalhekk se jseħħ ċertu fenomenu ta ‘riflessjoni tas-sinjal. Nistgħu nikkalkulaw l-impedenza ekwivalenti wara li l-wisa ‘tal-linja tiżdied skont il-formula tal-kalkolu tal-impedenza msemmija fil-kapitolu tal-linja ta’ trasmissjoni, u mbagħad Ikkalkula l-koeffiċjent ta ‘riflessjoni skont il-formula empirika:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Ġeneralment, il-bidla fl-impedenza kkawżata minn wajers ta ‘angolu rett hija bejn 7% -20%, għalhekk il-koeffiċjent ta’ riflessjoni massimu huwa ta ‘madwar 0.1. Barra minn hekk, kif jidher mill-figura hawn taħt, l-impedenza tal-linja ta ‘trasmissjoni tinbidel għall-minimu fit-tul tal-linja W/2, u mbagħad terġa’ lura għall-impedenza normali wara l-ħin ta ‘W/2. Il-ħin kollu tal-bidla tal-impedenza huwa estremament qasir, ħafna drabi fi żmien 10ps. Ġewwa, bidliet veloċi u żgħar bħal dawn huma kważi negliġibbli għat-trasmissjoni tas-sinjali ġenerali.

Ħafna nies għandhom dan il-fehim tal-wajers tal-angolu rett. Huma jaħsbu li l-ponta hija faċli biex tittrasmetti jew tirċievi mewġ elettromanjetiku u tiġġenera EMI. Din saret waħda mir-raġunijiet għalfejn ħafna nies jaħsbu li l-wajers tal-angolu rett ma jistgħux jiġu mgħoddija. Madankollu, ħafna riżultati tat-test attwali juru li traċċi angolati dritt mhux se jipproduċu EMI ovvji minn linji dritti. Forsi l-prestazzjoni tal-istrument attwali u l-livell tat-test jirrestrinġu l-eżattezza tat-test, iżda tal-inqas turi problema. Ir-radjazzjoni tal-wajers angolati dritt hija diġà iżgħar mill-iżball tal-kejl tal-istrument innifsu.

B’mod ġenerali, ir-rotta ta ‘l-angolu rett mhix daqshekk terribbli kif immaġina. Mill-inqas f’applikazzjonijiet taħt il-GHz, kwalunkwe effett bħal capacitance, riflessjoni, EMI, eċċ bilkemm huma riflessi fl-ittestjar TDR. L-inġiniera tad-disinn tal-PCB b’veloċità għolja xorta għandhom jiffokaw fuq it-tqassim, id-disinn tal-enerġija/art, u d-disinn tal-wajers. Via toqob u aspetti oħra. Naturalment, għalkemm l-impatt tal-wajers tal-angolu rett mhuwiex serju ħafna, ma jfissirx li lkoll nistgħu nużaw il-wajers tal-angolu rett fil-futur. L-attenzjoni għad-dettall hija l-kwalità bażika li kull inġinier tajjeb għandu jkollu. Barra minn hekk, bl-iżvilupp mgħaġġel ta ‘ċirkwiti diġitali, PCB Il-frekwenza tas-sinjal ipproċessat mill-inġiniera se tkompli tiżdied. Fil-qasam tad-disinn RF ‘il fuq minn 10GHz, dawn l-angoli retti żgħar jistgħu jsiru l-fokus ta’ problemi ta ‘veloċità għolja.

2. Rotot differenzjali

Is-sinjal differenzjali (DifferentialSignal) huwa dejjem aktar użat fid-disinn ta ‘ċirkwit ta’ veloċità għolja. L-aktar sinjal kritiku fiċ-ċirkwit huwa spiss iddisinjat bi struttura differenzjali. X’jagħmilha daqshekk popolari? Kif tiżgura l-prestazzjoni tajba tagħha fid-disinn tal-PCB? B’dawn iż-żewġ mistoqsijiet, nipproċedu għall-parti li jmiss tad-diskussjoni.

X’inhu sinjal differenzjali? F’termini layman, it-tarf tas-sewqan jibgħat żewġ sinjali ugwali u maqluba, u t-tarf li jirċievi jiġġudika l-istat loġiku “0” jew “1” billi jqabbel id-differenza bejn iż-żewġ vultaġġi. Il-par ta ‘traċċi li jġorru sinjali differenzjali jissejjaħ traċċi differenzjali.

Meta mqabbla ma ‘traċċi ta’ sinjali ordinarji b’tarf wieħed, is-sinjali differenzjali għandhom l-aktar vantaġġi ovvji fit-tliet aspetti li ġejjin:

a. Abbiltà qawwija kontra l-interferenza, minħabba li l-akkoppjar bejn iż-żewġ traċċi differenzjali huwa tajjeb ħafna. Meta jkun hemm interferenza tal-istorbju minn barra, huma kważi akkoppjati maż-żewġ linji fl-istess ħin, u t-tarf li jirċievi jimpurtah biss mid-differenza bejn iż-żewġ sinjali. Għalhekk, il-ħoss tal-modalità komuni estern jista ‘jiġi kkanċellat kompletament. b. Jista ‘jrażżan l-EMI b’mod effettiv. Għall-istess raġuni, minħabba l-polarità opposta taż-żewġ sinjali, il-kampi elettromanjetiċi rradjati minnhom jistgħu jikkanċellaw lil xulxin. Iktar ma jkun strett l-igganċjar, inqas enerġija elettromanjetika tiġi vventata lejn id-dinja ta ‘barra. c. Il-pożizzjonament tal-ħin huwa preċiż. Minħabba li l-bidla tas-swiċċ tas-sinjal differenzjali tinsab fl-intersezzjoni taż-żewġ sinjali, b’differenza mis-sinjal ordinarju b’tarf wieħed, li jiddependi fuq il-vultaġġi tal-limitu għoli u baxx biex jiddeterminaw, huwa inqas affettwat mill-proċess u t-temperatura, li jistgħu tnaqqas l-iżball fil-ħin. , Iżda wkoll aktar adattat għal ċirkwiti tas-sinjali ta ‘amplitudni baxxa. L-LVDS popolari kurrenti (lowvoltagedifferentialsignaling) jirreferi għal din it-teknoloġija tas-sinjali differenzjali ta ‘amplitudni żgħira.

Għall-inġiniera tal-PCB, l-aktar tħassib huwa kif jiġi żgurat li dawn il-vantaġġi tal-wajers differenzjali jistgħu jiġu utilizzati bis-sħiħ fil-wajers attwali. Forsi kull min kien f’kuntatt ma ‘Layout jifhem ir-rekwiżiti ġenerali tal-wajers differenzjali, jiġifieri, “tul ugwali u distanza ugwali”. It-tul ugwali huwa li jiġi żgurat li ż-żewġ sinjali differenzjali jżommu polaritajiet opposti f’kull ħin u jnaqqsu l-komponent tal-mod komuni; id-distanza ugwali hija prinċipalment biex tiżgura li l-impedenzi differenzjali tat-tnejn huma konsistenti u jnaqqsu r-riflessjonijiet. “Aqbeż kemm jista ‘jkun” xi kultant huwa wieħed mir-rekwiżiti tal-wajers differenzjali. Iżda dawn ir-regoli kollha mhumiex użati biex japplikaw mekkanikament, u ħafna inġiniera jidhru li għadhom ma jifhmux l-essenza tat-trażmissjoni tas-sinjali differenzjali b’veloċità għolja.

Dan li ġej jiffoka fuq diversi nuqqas ta ‘ftehim komuni fid-disinn tas-sinjali differenzjali tal-PCB.

Nuqqas ta ‘ftehim 1: Huwa maħsub li s-sinjal differenzjali m’għandux bżonn pjan terren bħala mogħdija tar-ritorn, jew li t-traċċi differenzjali jipprovdu mogħdija tar-ritorn għal xulxin. Ir-raġuni għal dan in-nuqqas ta ‘ftehim hija li huma konfużi minn fenomeni superfiċjali, jew il-mekkaniżmu ta’ trasmissjoni ta ‘sinjal b’veloċità għolja mhuwiex profond biżżejjed. Jista ‘jidher mill-istruttura tat-tarf riċevitur tal-Figura 1-8-15 li l-kurrenti emittenti tat-transistors Q3 u Q4 huma ugwali u opposti, u l-kurrenti tagħhom fl-art jikkanċellaw eżattament lil xulxin (I1=0), għalhekk il- ċirkwit differenzjali huwa Bounces simili u sinjali oħra tal-ħoss li jistgħu jeżistu fuq il-pjani tal-enerġija u tal-art huma insensittivi. Il-kanċellazzjoni parzjali tar-ritorn tal-pjan terren ma jfissirx li ċ-ċirkwit differenzjali ma jużax il-pjan ta ‘referenza bħala l-mogħdija tar-ritorn tas-sinjal. Fil-fatt, fl-analiżi tar-ritorn tas-sinjal, il-mekkaniżmu ta ‘wajers differenzjali u wajers ordinarji b’tarf wieħed huwa l-istess, jiġifieri, sinjali ta’ frekwenza għolja huma dejjem Reflow tul il-linja bl-iżgħar inductance, l-akbar differenza hija li minbarra l- l-akkoppjar mal-art, il-linja differenzjali għandha wkoll akkoppjar reċiproku. Liema tip ta ‘akkoppjar huwa b’saħħtu, liema waħda ssir il-passaġġ ewlieni tar-ritorn. Figura 1-8-16 hija dijagramma skematika tad-distribuzzjoni tal-kamp ġeomanjetiku ta ‘sinjali b’tarf wieħed u sinjali differenzjali.

Fid-disinn taċ-ċirkwit tal-PCB, l-akkoppjar bejn traċċi differenzjali huwa ġeneralment żgħir, ħafna drabi jammonta biss għal 10 sa 20% tal-grad tal-igganċjar, u aktar huwa l-akkoppjar mal-art, għalhekk il-mogħdija ewlenija tar-ritorn tat-traċċa differenzjali għadha teżisti fuq l-art ajruplan . Meta l-pjan terren ma jkunx kontinwu, l-akkoppjar bejn it-traċċi differenzjali se jipprovdi l-mogħdija tar-ritorn prinċipali fiż-żona mingħajr pjan ta ‘referenza, kif muri fil-Figura 1-8-17. Għalkemm l-influwenza tad-diskontinwità tal-pjan ta ‘referenza fuq it-traċċa differenzjali mhix serja daqs dik tat-traċċa ordinarja b’tarf wieħed, xorta se tnaqqas il-kwalità tas-sinjal differenzjali u żżid l-EMI, li għandha tiġi evitata kemm jista’ jkun . Xi disinjaturi jemmnu li l-pjan ta ‘referenza taħt it-traċċa differenzjali jista’ jitneħħa biex irażżan xi sinjali tal-mod komuni fit-trażmissjoni differenzjali. Madankollu, dan l-approċċ mhuwiex mixtieq fit-teorija. Kif tikkontrolla l-impedenza? Li ma tipprovdix linja ta ‘impedenza ta’ l-art għas-sinjal tal-modalità komuni inevitabbilment tikkawża radjazzjoni EMI. Dan l-approċċ jagħmel aktar ħsara milli ġid.

Nuqqas ta ‘ftehim 2: Huwa maħsub li ż-żamma ta’ spazjar ugwali hija aktar importanti milli t-tqabbil tat-tul tal-linja. Fit-tqassim attwali tal-PCB, ħafna drabi mhux possibbli li jintlaħqu r-rekwiżiti tad-disinn differenzjali fl-istess ħin. Minħabba l-eżistenza ta ‘distribuzzjoni tal-brilli, vias, u spazju tal-wajers, l-iskop tat-tqabbil tat-tul tal-linja għandu jintlaħaq permezz ta’ tkebbib xieraq, iżda r-riżultat għandu jkun li xi żoni tal-par differenzjali ma jistgħux ikunu paralleli. X’għandna nagħmlu f’dan iż-żmien? Liema għażla? Qabel ma niġbdu konklużjonijiet, ejja nagħtu ħarsa lejn ir-riżultati tas-simulazzjoni li ġejjin.

Mir-riżultati ta ‘simulazzjoni ta’ hawn fuq, wieħed jista ‘jara li l-forom tal-mewġ tal-Iskema 1 u l-Iskema 2 huma kważi koinċidenti, jiġifieri, l-influwenza kkawżata mill-ispazjar mhux ugwali hija minima. B’paragun, l-influwenza tan-nuqqas ta ‘qbil fit-tul tal-linja fuq il-ħin hija ħafna akbar. (Skema 3). Mill-analiżi teoretika, għalkemm l-ispazjar inkonsistenti se jikkawża li l-impedenza differenzjali tinbidel, minħabba li l-akkoppjar bejn il-par differenzjali innifsu mhuwiex sinifikanti, il-firxa tal-bidla tal-impedenza hija wkoll żgħira ħafna, ġeneralment fi ħdan 10%, li hija ekwivalenti biss għal pass wieħed. . Ir-riflessjoni kkawżata mit-toqba mhux se jkollha impatt sinifikanti fuq it-trasmissjoni tas-sinjal. Ladarba t-tul tal-linja ma jaqbilx, minbarra l-offset tal-ħin, il-komponenti tal-modalità komuni huma introdotti fis-sinjal differenzjali, li jnaqqas il-kwalità tas-sinjal u jżid l-EMI.

Jista ‘jingħad li l-iktar regola importanti fid-disinn tat-traċċi differenzjali tal-PCB hija t-tul tal-linja li tqabbel, u regoli oħra jistgħu jiġu mmaniġġjati b’mod flessibbli skont ir-rekwiżiti tad-disinn u l-applikazzjonijiet prattiċi.

Nuqqas ta ‘ftehim 3: Aħseb li l-wajers differenzjali għandhom ikunu viċin ħafna. Iż-żamma tat-traċċi differenzjali mill-qrib hija xejn aktar milli ttejjeb l-akkoppjar tagħhom, li mhux biss jista ‘jtejjeb l-immunità għall-istorbju, iżda wkoll jagħmel użu sħiħ mill-polarità opposta tal-kamp manjetiku biex jikkumpensa l-interferenza elettromanjetika għad-dinja ta’ barra. Għalkemm dan l-approċċ huwa ta ‘benefiċċju kbir f’ħafna każijiet, mhuwiex assolut. Jekk nistgħu niżguraw li huma protetti bis-sħiħ minn interferenza esterna, allura m’għandniex bżonn nużaw akkoppjar qawwi biex niksbu kontra l-interferenza. U l-iskop li jrażżnu l-EMI. Kif nistgħu niżguraw iżolament tajjeb u lqugħ ta ‘traċċi differenzjali? Iż-żieda tal-ispazjar ma ‘traċċi tas-sinjali oħra hija waħda mill-aktar modi bażiċi. L-enerġija tal-kamp elettromanjetiku tonqos bil-kwadru tad-distanza. Ġeneralment, meta l-ispazjar tal-linja jaqbeż 4 darbiet il-wisa ‘tal-linja, l-interferenza bejniethom hija estremament dgħajfa. Jistgħu jiġu injorati. Barra minn hekk, l-iżolament mill-pjan terren jista ‘wkoll ikollu rwol tajjeb ta’ lqugħ. Din l-istruttura spiss tintuża fid-disinn tal-PCB tal-pakkett IC ta ‘frekwenza għolja (fuq 10G). Tissejjaħ struttura CPW, li tista ‘tiżgura impedenza differenzjali stretta. Kontroll (2Z0), kif muri fil-Figura 1-8-19.

It-traċċi differenzjali jistgħu wkoll jaħdmu f’saffi ta ‘sinjali differenti, iżda dan il-metodu ġeneralment mhuwiex rakkomandat, minħabba li d-differenzi fl-impedenza u l-vias prodotti minn saffi differenti jeqirdu l-effett tat-trażmissjoni b’mod differenzjali u jintroduċu l-istorbju tal-mod komuni. Barra minn hekk, jekk iż-żewġ saffi ħdejn xulxin mhumiex akkoppjati sewwa, inaqqas il-kapaċità tat-traċċa differenzjali li tirreżisti l-istorbju, imma jekk tista ‘żżomm distanza xierqa mit-traċċi tal-madwar, crosstalk mhix problema. Fi frekwenzi ġenerali (taħt il-GHz), l-EMI mhux se jkun problema serja. L-esperimenti wrew li l-attenwazzjoni tal-enerġija rradjata f’distanza ta ‘500 mils minn traċċa differenzjali laħqet 60 dB f’distanza ta’ 3 metri, li hija biżżejjed biex tilħaq l-istandard tar-radjazzjoni elettromanjetika tal-FCC, għalhekk Id-disinjatur m’għandux għalfejn jinkwieta wisq ħafna dwar l-inkompatibilità elettromanjetika kkawżata minn igganċjar tal-linja differenzjali insuffiċjenti.

3. Linja tas-serpentina

Il-linja tas-serp hija tip ta ‘metodu ta’ rotta spiss użat fit-Layout. L-għan ewlieni tiegħu huwa li jaġġusta d-dewmien biex jissodisfa r-rekwiżiti tad-disinn tal-ħin tas-sistema. Id-disinjatur għandu l-ewwel ikollu dan il-fehim: il-linja tas-serpentina se teqred il-kwalità tas-sinjal, tibdel id-dewmien tat-trażmissjoni, u tipprova tevita li tużaha meta tkun qed tagħmel il-wajers. Madankollu, fid-disinn attwali, sabiex jiġi żgurat li s-sinjal ikollu biżżejjed ħin ta ‘żamma, jew biex jitnaqqas il-ħin offset bejn l-istess grupp ta’ sinjali, ħafna drabi huwa meħtieġ li l-wajer jiġi deliberat.

Allura, x’effett għandha l-linja tas-serpentina fuq it-trasmissjoni tas-sinjal? X’għandi nagħti attenzjoni meta nagħmel il-wajers? Iż-żewġ parametri l-aktar kritiċi huma t-tul tal-akkoppjar parallel (Lp) u d-distanza tal-akkoppjar (S), kif muri fil-Figura 1-8-21. Ovvjament, meta s-sinjal jiġi trażmess fuq it-traċċa tas-serpentina, is-segmenti tal-linja paralleli se jkunu akkoppjati f’modalità differenzjali. L-iżgħar l-S u l-akbar l-Lp, l-akbar il-grad ta ‘akkoppjar. Jista ‘jikkawża li d-dewmien tat-trasmissjoni jitnaqqas, u l-kwalità tas-sinjal titnaqqas ħafna minħabba crosstalk. Il-mekkaniżmu jista ‘jirreferi għall-analiżi tal-modalità komuni u tal-modalità differenzjali crosstalk fil-Kapitolu 3.

Dawn li ġejjin huma xi suġġerimenti għall-inġiniera tal-Layout meta jittrattaw linji serpentine:

1. Ipprova żżid id-distanza (S) ta ‘segmenti tal-linja paralleli, mill-inqas akbar minn 3H, H tirreferi għad-distanza mit-traċċa tas-sinjal sal-pjan ta’ referenza. F’termini layman, huwa li jmorru madwar liwja kbira. Sakemm S ikun kbir biżżejjed, l-effett ta ‘akkoppjar reċiproku jista’ jiġi evitat kważi kompletament. 2. Naqqas it-tul tal-akkoppjar Lp. Meta d-dewmien Lp doppju joqrob jew jaqbeż il-ħin taż-żieda tas-sinjal, il-crosstalk iġġenerat jilħaq is-saturazzjoni. 3. Id-dewmien tat-trażmissjoni tas-sinjal ikkawżat mil-linja serpentina tal-Istrip-Line jew Embedded Micro-strip huwa inqas minn dak tal-Mikro-strixxa. Fit-teorija, l-istripline mhux se jaffettwa r-rata ta ‘trasmissjoni minħabba crosstalk tal-modalità differenzjali. 4. Għal linji ta ‘sinjali ta’ veloċità għolja u dawk b’rekwiżiti ta ‘ħin stretti, ipprova ma tużax linji serpentine, speċjalment f’żoni żgħar. 5. Ħafna drabi tista ‘tuża traċċi serpentine fi kwalunkwe angolu, bħall-istruttura C fil-Figura 1-8-20, li tista’ tnaqqas b’mod effettiv l-akkoppjar reċiproku. 6. Fid-disinn tal-PCB b’veloċità għolja, il-linja tas-serpentina m’għandhiex l-hekk imsejħa kapaċità ta ‘filtrazzjoni jew kontra l-interferenza, u tista’ tnaqqas biss il-kwalità tas-sinjal, għalhekk tintuża biss għat-tqabbil tal-ħin u m’għandha l-ebda skop ieħor. 7. Xi kultant tista ‘tikkunsidra rotta spirali għall-istralċ. Is-simulazzjoni turi li l-effett tagħha huwa aħjar mir-rotta tas-serpentina normali.