Wraz ze wzrostem prędkości przełączania wyjścia układu scalonego i PCB 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. Wysoka prędkość sygnału na płytce drukowanej, nieprawidłowe umieszczenie elementów końcowych lub nieprawidłowe okablowanie szybkich sygnałów może powodować problemy z integralnością sygnału, co może spowodować, że system wyśle ​​nieprawidłowe dane, obwód będzie działał niewłaściwie lub w ogóle nie będzie działał. Jak wziąć pod uwagę integralność sygnału i podjąć skuteczne środki kontroli w projektowaniu PCB, stało się gorącym tematem w branży projektowania PCB.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. I odwrotnie, gdy sygnał nie odpowiada prawidłowo, występuje problem z integralnością sygnału. Problemy z integralnością sygnału mogą prowadzić lub bezpośrednio prowadzić do zniekształcenia sygnału, błędów synchronizacji, nieprawidłowych danych, linii adresowych i sterujących oraz nieprawidłowego działania systemu, a nawet awarii systemu. W procesie projektowania PCB ludzie zgromadzili wiele zasad projektowania PCB. W projektowaniu PCB integralność sygnału PCB można lepiej osiągnąć poprzez uważne odniesienie się do tych zasad projektowych.

Projektując PCB, powinniśmy najpierw zrozumieć informacje projektowe całej płytki drukowanej, które obejmują głównie:

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. Rodzaj linii sygnałowej, prędkość i kierunek transmisji, wymagania dotyczące kontroli impedancji linii sygnałowej, kierunek prędkości magistrali i sytuacja jazdy, kluczowe sygnały i środki ochrony;

4. Rodzaj zasilania, rodzaj uziemienia, wymagania dotyczące tolerancji zakłóceń dla zasilania i uziemienia, ustawienie i segmentacja zasilania i płaszczyzna uziemienia;

5. Rodzaje i szybkości linii zegarowych, źródło i kierunek linii zegarowych, wymagania dotyczące opóźnienia zegara, wymagania dotyczące najdłuższej linii.

Warstwowa konstrukcja PCB

Po zrozumieniu podstawowych informacji o płytce drukowanej należy zważyć wymagania projektowe dotyczące kosztów płytki drukowanej i integralności sygnału oraz wybrać rozsądną liczbę warstw okablowania. 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. Płaszczyzna odniesienia powinna być płaszczyzną uziemienia. Zarówno płaszczyzna zasilania, jak i uziemienia mogą być używane jako płaszczyzna odniesienia i obie mają pewną funkcję ekranowania. Jednak efekt ekranowania płaszczyzny zasilania jest znacznie mniejszy niż płaszczyzny uziemienia ze względu na wyższą impedancję charakterystyczną i większą różnicę potencjałów między płaszczyzną zasilania a poziomem odniesienia gruntu.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. Tam, gdzie pozwalają na to koszty projektu, najlepiej układać obwody cyfrowe i analogowe na osobnych warstwach. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. Zasilanie analogowe i cyfrowe oraz uziemienie muszą być odseparowane, nigdy nie mieszane.

3. Kluczowe trasowanie sygnałów sąsiednich warstw nie przekracza obszaru segmentacji. Sygnały utworzą dużą pętlę sygnałową w całym regionie i będą generować silne promieniowanie. 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. Pod powierzchnią elementu powinna znajdować się w miarę kompletna płaszczyzna uziemienia. Integralność płaszczyzny uziemienia musi być zachowana tak dalece, jak to możliwe w przypadku płyty wielowarstwowej. W płaszczyźnie uziemienia normalnie nie mogą przebiegać żadne linie sygnałowe.

5, wysoka częstotliwość, wysoka prędkość, zegar i inne kluczowe linie sygnałowe powinny mieć sąsiednią płaszczyznę uziemienia. 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

Projekt układu PCB

Kluczem do projektowania integralności sygnału płytki drukowanej jest układ i okablowanie, które jest bezpośrednio związane z wydajnością płytki drukowanej. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. Jeśli płytka drukowana jest zbyt duża i rozproszona, linia transmisyjna może być bardzo długa, co skutkuje zwiększoną impedancją, zmniejszoną odpornością na zakłócenia i zwiększonym kosztem. If the components are placed together, heat dissipation is poor, and coupling crosstalk may occur in adjacent wiring. Dlatego układ musi być oparty na jednostkach funkcjonalnych obwodu, biorąc pod uwagę kompatybilność elektromagnetyczną, rozpraszanie ciepła i czynniki interfejsu.

Podczas układania płytki drukowanej z mieszanymi sygnałami cyfrowymi i analogowymi nie należy mieszać sygnałów cyfrowych i analogowych. Jeśli konieczne jest zmieszanie sygnałów analogowych i cyfrowych, należy ustawić linię pionowo, aby zredukować efekt sprzężenia krzyżowego. Obwód cyfrowy, obwód analogowy i obwód generujący szum na płytce drukowanej powinny być oddzielone, a obwód wrażliwy powinien być poprowadzony jako pierwszy, a ścieżka sprzęgająca między obwodami powinna zostać wyeliminowana. W szczególności należy wziąć pod uwagę linie zegara, resetowania i przerwania, nie należy łączyć tych linii równolegle z liniami przełączników wysokoprądowych, w przeciwnym razie mogą być łatwo uszkodzone przez sygnały sprzężenia elektromagnetycznego, powodując nieoczekiwany reset lub przerwanie. The overall layout should follow the following principles:

1. Funkcjonalny układ partycji, obwód analogowy i obwód cyfrowy na PCB powinny mieć inny układ przestrzenny.

2. Zgodnie z procesem sygnału obwodu, aby rozmieścić funkcjonalne jednostki obwodu, aby sygnał przepływał w tym samym kierunku.

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

Projekt okablowania PCB

Wszystkie linie sygnałowe powinny być sklasyfikowane przed okablowaniem PCB. Przede wszystkim linia zegarowa, czuła linia sygnałowa, a następnie szybka linia sygnałowa, aby ten rodzaj sygnału przez otwór był wystarczający, parametry rozkładu o dobrej charakterystyce, a następnie ogólna nieistotna linia sygnałowa.

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. Kable sygnałowe na różnych warstwach powinny być prowadzone pionowo względem siebie, aby zredukować przesłuchy. Układ linii sygnałowych najlepiej układać zgodnie z kierunkiem przepływu sygnału. Linia sygnału wyjściowego obwodu nie powinna być cofana do obszaru linii sygnału wejściowego. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. Na podwójnym panelu, jeśli to konieczne, izolacyjny przewód uziemiający można dodać po obu stronach linii szybkiego sygnału. Wszystkie szybkie linie zegarowe na płytce wielowarstwowej powinny być ekranowane zgodnie z długością linii zegarowych.

Ogólne zasady dotyczące okablowania to:

1. W miarę możliwości należy wybrać konstrukcję okablowania o niskiej gęstości, a okablowanie sygnałowe w miarę możliwości o stałej grubości, sprzyjające dopasowaniu impedancji. W przypadku obwodu RF nierozsądny projekt kierunku linii sygnału, szerokości i odstępu między liniami może powodować zakłócenia krzyżowe między liniami transmisji sygnału.

2. W miarę możliwości unikać sąsiednich przewodów wejściowych i wyjściowych oraz okablowania równoległego na duże odległości. Aby zredukować przesłuch równoległych linii sygnałowych, można zwiększyć odstępy między liniami sygnałowymi lub wstawić taśmy izolacyjne między linie sygnałowe.

3. Szerokość linii na PCB powinna być jednolita i nie może wystąpić mutacja szerokości linii. Zagięcie okablowania PCB nie powinno mieć kąta 90 stopni, powinno używać łuku lub kąta 135 stopni, o ile to możliwe, aby zachować ciągłość impedancji linii.

4. Minimize the area of the current loop. Natężenie promieniowania zewnętrznego obwodu przewodzącego prąd jest proporcjonalne do przepływającego prądu, powierzchni pętli i kwadratu częstotliwości sygnału. Zmniejszenie obszaru pętli prądowej może zmniejszyć zakłócenia ELEKTROMAGNETYCZNE PCB.

5. W miarę możliwości skrócenie długości drutu, zwiększenie szerokości drutu, sprzyja zmniejszeniu impedancji drutu.

6. W przypadku sygnałów sterujących przełącznikiem ilość okablowania SIGNAL PCB, które jednocześnie zmienia stan, powinna być maksymalnie zmniejszona.