Paraqitja është një nga aftësitë më themelore të punës së Dizajni i PCB inxhinier Cilësia e instalimeve elektrike do të ndikojë drejtpërdrejt në performancën e të gjithë sistemit, shumica e teorisë së projektimit me shpejtësi të lartë duhet të realizohet dhe verifikohet përfundimisht nga Layout, kështu që mund të shihet se instalimet elektrike janë vendimtare në hartimin e PCB me shpejtësi të lartë. Më poshtë do të jetë në funksion të instalimeve elektrike që mund të hasni në disa situata, analiza të racionalitetit të tij dhe të jepni një strategji më të optimizuar të drejtimit. Kryesisht nga vija e këndit të djathtë, vija e diferencës, vija e gjarprit dhe kështu me radhë tre aspekte për tu përpunuar.

1. Linja drejtkëndore e kalimit

Lidhjet me kënd të drejtë kërkohen në përgjithësi për të shmangur situatën në instalimet me PCB dhe është bërë pothuajse një nga standardet për të matur cilësinë e instalimeve elektrike, kështu që sa ndikim do të kenë telat me kënd të drejtë në transmetimin e sinjalit? Në parim, telat me kënd të drejtë do të ndryshojnë gjerësinë e linjës së linjës së transmetimit, duke rezultuar në ndërprerje të rezistencës. Në fakt, jo vetëm vija e këndit të drejtë, ton këndi, vija akute e këndit mund të shkaktojë ndryshime të rezistencës.

Ndikimi i shtrirjes së këndit të drejtë në sinjal reflektohet kryesisht në tre aspekte: së pari, këndi mund të jetë ekuivalent me ngarkesën kapacitore në linjën e transmetimit, duke ngadalësuar kohën e ngritjes; Së dyti, ndërprerja e rezistencës do të shkaktojë reflektim të sinjalit; Së treti, EMI e krijuar nga maja e këndit të duhur.

Kapaciteti parazitar i shkaktuar nga Këndi i Djathtë i linjës së transmetimit mund të llogaritet me formulën e mëposhtme empirike:

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

Në formulën e mësipërme, C i referohet kapacitetit ekuivalent në cep (pF), W i referohet gjerësisë së vijës (inç), εR i referohet konstantës dielektrike të mediumit, dhe Z0 është rezistenca karakteristike e transmetimit linjë. Për shembull, për një linjë transmetimi 4 mm 50 ohm (εr 4.3), kapaciteti i një këndi të drejtë është rreth 0.0101pF, dhe ndryshimi i kohës së ngritjes mund të vlerësohet:

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

Nga llogaritja mund të shihet se efekti i kapacitetit të sjellë nga instalimet elektrike në kënd të drejtë është jashtëzakonisht i vogël.

Ndërsa rritet gjerësia e vijës së vijës me kënd të drejtë, rezistenca në këtë pikë do të ulet, kështu që do të ketë një fenomen të caktuar të reflektimit të sinjalit. Ne mund të llogarisim rezistencën ekuivalente pasi gjerësia e linjës të rritet sipas formulës së llogaritjes së rezistencës së përmendur në pjesën e linjave të transmetimit, dhe pastaj të llogarisim koeficientin e reflektimit sipas formulës empirike: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), telat e përgjithshëm me kënd të drejtë që rezultojnë në ndryshimin e rezistencës midis 7%-20%, kështu që koeficienti maksimal i reflektimit është rreth 0.1. Për më tepër, siç mund të shihet nga figura më poshtë, rezistenca e linjës së transmetimit ndryshon në minimum brenda gjatësisë së linjës W/2, dhe më pas rikthehet në rezistencën normale pas kohës W/2. Koha për të gjithë ndryshimin e rezistencës është shumë e shkurtër, zakonisht brenda 10 pps. Një ndryshim i tillë i shpejtë dhe i vogël është pothuajse i papërfillshëm për transmetimin e përgjithshëm të sinjalit.

Shumë njerëz kanë një kuptim të tillë të drejtimit të këndit të drejtë, duke besuar se maja është e lehtë të lëshohet ose të marrë valë elektromagnetike dhe të prodhojë EMI, e cila është bërë një nga arsyet pse shumë njerëz mendojnë se drejtimi i këndit të drejtë nuk është i mundur. Sidoqoftë, shumë rezultate praktike të testit tregojnë se linja me kënd të drejtë nuk prodhon shumë EMI sesa vija e drejtë. Ndoshta performanca aktuale e instrumentit dhe niveli i provës kufizojnë saktësinë e testit, por të paktën kjo tregon se rrezatimi i vijës me kënd të drejtë është më i vogël se gabimi i matjes së vetë instrumentit. Në përgjithësi, shtrirja e këndit të drejtë nuk është aq e tmerrshme sa mund të duket. Të paktën në aplikimet nën GHz, çdo efekt i tillë si kapaciteti, reflektimi, EMI, etj. Pothuajse nuk reflektohen në testet TDR. Inxhinieri i projektimit të PCB me shpejtësi të lartë duhet të përqëndrohet në paraqitjen, projektimin e fuqisë/tokës, modelimin e instalimeve elektrike, perforimin, etj. Edhe pse, natyrisht, efektet e vijës drejtkëndëshe nuk janë shumë serioze, por nuk do të thotë se ne mund të ecim në vijën e drejtë të këndit, vëmendja ndaj detajeve është cilësia thelbësore për çdo inxhinier të mirë, dhe, me zhvillimin e shpejtë të qarqeve dixhitale , Inxhinierët PCB që përpunojnë frekuencën e sinjalit gjithashtu do të vazhdojnë të përmirësohen, në më shumë se 10 fusha të projektimit të GHZ RF, Këto kënde të vogla të drejta mund të bëhen fokusi i problemeve me shpejtësi të lartë.

2. Diferenca e

Sinjali DifferenTIal përdoret gjerësisht në dizajnin e qarkut me shpejtësi të lartë. Sinjali më i rëndësishëm në një qark është dizajni i sinjalit të ndryshëm. Si të sigurohet performanca e tij e mirë në hartimin e PCB? Me këto dy pyetje në mendje, ne kalojmë në pjesën tjetër të diskutimit tonë.

Çfarë është një sinjal diferencial? Në anglisht të thjeshtë, drejtuesi dërgon dy sinjale ekuivalente dhe përmbysës, dhe marrësi krahason ndryshimin midis dy tensioneve për të përcaktuar nëse gjendja logjike është “0” ose “1”. Çifti i telave që mbajnë sinjale diferenciale quhen tela diferencialë.

Krahasuar me sinjalizimin e zakonshëm me sinjal të vetëm, sinjali diferencial ka përparësitë më të dukshme në tre aspektet e mëposhtme:

A. Aftësi e fortë kundër ndërhyrjes, sepse bashkimi midis dy linjave diferenciale është shumë i mirë, kur ka ndërhyrje të zhurmës, ato janë të lidhura pothuajse me dy rreshta në të njëjtën kohë, dhe marrësi kujdeset vetëm për ndryshimin midis dy sinjaleve, kështu që zhurma e jashtme e modalitetit të zakonshëm mund të anulohet plotësisht.

B. Mund të shtypë në mënyrë efektive IKE. Në mënyrë të ngjashme, për shkak se dy sinjale janë me polaritet të kundërt, fusha elektromagnetike e rrezatuar prej tyre mund të anulojë njëra -tjetrën. Sa më afër bashkimit, aq më pak energji elektromagnetike lëshohet në botën e jashtme.

C. Pozicionimi i kohës është i saktë. Meqenëse ndryshimi i kalimit të sinjaleve diferenciale ndodhet në kryqëzimin e dy sinjaleve, ndryshe nga sinjalet e zakonshme me një përfundim të vetëm të cilët gjykohen nga tensione të larta dhe të ulëta të pragut, ai ndikohet më pak nga procesi dhe temperatura, të cilat mund të zvogëlojnë gabimet e kohës dhe është më i përshtatshëm për qarqet me sinjale të amplitudës së ulët. LVDS (diferencimi i tensionit të ulët me dializim) i referohet kësaj teknologjie të sinjalit diferencial të amplitudës së vogël.

Për inxhinierët e PCB, shqetësimi më i rëndësishëm është se si të sigurohet që këto avantazhe të drejtimit diferencial të mund të përdoren plotësisht në drejtimin aktual. Ndoshta për sa kohë që është në kontakt me Layout njerëzit do të kuptojnë kërkesat e përgjithshme të drejtimit diferencial, që është “gjatësi e barabartë, distancë e barabartë”. Isometrike është të sigurojë që dy sinjalet diferenciale të ruajnë gjithmonë polaritetin e kundërt, të zvogëlojnë përbërësin e modalitetit të përbashkët; Isometric është kryesisht për të siguruar të njëjtën rezistencë diferenciale, për të zvogëluar reflektimin. “Sa më afër” është ndonjëherë një nga kërkesat për drejtimin diferencial. Por asnjë nga këto rregulla nuk ka për qëllim të zbatohet mekanikisht, dhe shumë inxhinierë nuk duket se e kuptojnë natyrën e sinjalizimit diferencial me shpejtësi të lartë. Më poshtë fokusohet në disa gabime të zakonshme në hartimin e sinjalit diferencial PCB.

Koncepti i gabuar 1: Sinjalet diferenciale nuk kanë nevojë për rrafshin tokësor si shteg të rrjedhës së kundërt, ose mendoni se linjat diferenciale sigurojnë rrugën e kthimit të kundërt për njëri -tjetrin. Shkaku i këtij keqkuptimi ngatërrohet nga fenomeni sipërfaqësor, ose mekanizmi i transmetimit të sinjalit me shpejtësi të lartë nuk është mjaft i thellë. Siç mund të shihet nga struktura e skajit të marrjes në FIG. 1-8-15, rrymat emetuese të transistorëve Q3 dhe Q4 janë ekuivalentë dhe të kundërt, dhe rryma e tyre në kryqëzim anulon saktësisht njëra-tjetrën (I1 = 0). Prandaj, qarku diferencial nuk është i ndjeshëm ndaj projekteve të ngjashme të tokës dhe sinjaleve të tjera të zhurmës që mund të ekzistojnë në furnizimin me energji elektrike dhe rrafshin tokësor. Anulimi i pjesshëm i rrjedhës së kundërt të rrafshit tokësor nuk do të thotë që qarku diferencial nuk merr rrafshin referues si shtegun e kthimit të sinjalit. Në fakt, në analizën e rrjedhës së kundërt të sinjalit, mekanizmi i drejtimit diferencial është i njëjtë me atë të rrugëzimit të zakonshëm me një fund, domethënë, i lartë

Sinjali i frekuencës gjithmonë kthehet prapa përgjatë qarkut me induktancën më të vogël. Dallimi më i madh qëndron në atë që vija e diferencës jo vetëm që ka bashkim me tokën, por gjithashtu ka bashkim mes njëri -tjetrit. Bashkimi i fortë bëhet rruga kryesore e kthimit mbrapsht.

Në hartimin e qarkut PCB, bashkimi midis instalimeve elektrike diferenciale është përgjithësisht i vogël, zakonisht përbën vetëm 10 ~ 20% të shkallës së bashkimit, dhe shumica e bashkimit është në tokë, kështu që rruga kryesore e rrjedhës së prapme të instalimeve elektrike diferenciale ende ekziston në tokë aeroplan. Në rastin e ndërprerjes në rrafshin lokal, bashkimi midis rrugëve diferenciale siguron rrugën kryesore të rrjedhës së prapambetur në rajon pa plan referimi, siç tregohet në FIG. 1-8-17. Edhe pse ndikimi i ndërprerjes së rrafshit të referencës në instalime elektrike diferenciale nuk është aq serioz sa ai i instalimeve elektrike të zakonshme me një fund, ai përsëri do të zvogëlojë cilësinë e sinjalit diferencial dhe do të rrisë EMI, i cili duhet të shmanget sa më shumë që të jetë e mundur. Disa stilistë besojnë se rrafshi referues i linjës së transmetimit diferencial mund të hiqet për të shtypur një pjesë të sinjalit të modalitetit të zakonshëm në transmetimin diferencial, por teorikisht kjo qasje nuk është e dëshirueshme. Si të kontrolloni rezistencën? Pa siguruar lakun e rezistencës tokësore për sinjalin e zakonshëm, rrezatimi EMI është i detyruar të shkaktohet, i cili bën më shumë dëm sesa dobi.

Miti 2: Ruajtja e hapësirës së barabartë është më e rëndësishme sesa përputhja e gjatësisë së linjës. Në instalimet elektrike aktuale PCB, shpesh nuk është në gjendje të plotësojë kërkesat e dizajnit diferencial. Për shkak të shpërndarjes së kunjave, vrimave dhe hapësirës së instalimeve elektrike dhe faktorëve të tjerë, është e nevojshme të arrihet qëllimi i përputhjes së gjatësisë së linjës përmes dredha -dredha të përshtatshme, por rezultati është i pashmangshëm pjesë e çiftit të ndryshimit nuk mund të jetë paralel, në këtë kohë, si per te zgjedhur? Para se të dalim në përfundime, le të hedhim një vështrim në rezultatet e mëposhtme të simulimit. Nga rezultatet e mësipërme të simulimit mund të shihet se format e valëve të skemës 1 dhe Skemës 2 pothuajse përkojnë, domethënë, ndikimi i hapësirave të pabarabarta është minimal, dhe ndikimi i mospërputhjes së gjatësisë së vijës është shumë më i madh në sekuencën e kohës (Skema 3) Me Nga perspektiva e analizës teorike, megjithëse distanca jokonsistente do të çojë në ndryshimin e rezistencës së diferencës, por për shkak se bashkimi midis çiftit të diferencës në vetvete nuk është i rëndësishëm, kështu që diapazoni i ndryshimeve të rezistencës është gjithashtu shumë i vogël, zakonisht brenda 10%, vetëm ekuivalent në një reflektim të shkaktuar nga një vrimë, e cila nuk do të shkaktojë ndikim të rëndësishëm në transmetimin e sinjalit. Pasi gjatësia e linjës është e papërshtatshme, përveç kompensimit të sekuencës kohore, përbërësit e modalitetit të zakonshëm futen në sinjalin diferencial, i cili zvogëlon cilësinë e sinjalit dhe rrit EMI.

Mund të thuhet se rregulli më i rëndësishëm në hartimin e telave diferencialë të PCB -së është që të përputhet me gjatësinë e linjës, dhe rregullat e tjera mund të trajtohen në mënyrë fleksibile sipas kërkesave të projektimit dhe aplikimeve praktike.

Keqkuptimi i tretë: mendoni se vija e diferencës duhet të mbështetet në shumë afër. Pika e mbajtjes së linjave të diferencës pranë njëri -tjetrit nuk është asgjë më shumë sesa të rrisësh bashkimin e tyre, si për të përmirësuar imunitetin e tyre ndaj zhurmës ashtu edhe për të përfituar nga polariteti i kundërt i fushës magnetike për të anuluar ndërhyrjen elektromagnetike nga bota e jashtme. Edhe pse kjo qasje është shumë e favorshme në shumicën e rasteve, nuk është absolute. Nëse ato mund të mbrohen plotësisht nga ndërhyrjet e jashtme, atëherë ne nuk kemi nevojë të arrijmë qëllimin e anti-ndërhyrjes dhe shtypjes së IKE përmes një bashkimi të fortë me njëri-tjetrin. Si të sigurohet që drejtimi diferencial të ketë izolim dhe mbrojtje të mirë? Rritja e distancës midis linjave dhe sinjaleve të tjera është një nga mënyrat më themelore. Energjia e fushës elektromagnetike zvogëlohet me lidhjen katrore të distancës. Në përgjithësi, kur distanca midis linjave është më shumë se 4 herë gjerësia e linjës, ndërhyrja midis tyre është jashtëzakonisht e dobët dhe mund të injorohet në thelb. Përveç kësaj, izolimi përmes rrafshit tokësor mund të sigurojë gjithashtu një efekt të mirë mbrojtës. Kjo strukturë përdoret shpesh në modele të PCB të paketuara me frekuencë të lartë (mbi 10G) IC, të njohura si struktura CPW, për të siguruar kontroll të rreptë të rezistencës diferenciale (2Z0), FIG. 1-8-19.

Drejtimi diferencial gjithashtu mund të kryhet në shtresa të ndryshme sinjali, por kjo në përgjithësi nuk rekomandohet, sepse dallime të tilla si rezistenca dhe përmes vrimave në shtresa të ndryshme mund të shkatërrojnë efektin e transmetimit të mënyrës diferenciale dhe të prezantojnë zhurmë të zakonshme. Për më tepër, nëse dy shtresat ngjitur nuk janë të lidhura fort, aftësia e drejtimit diferencial për t’i rezistuar zhurmës do të zvogëlohet, por kryqëzimi nuk është problem nëse ruhet hapësira e duhur me drejtimin përreth. Në frekuencën e përgjithshme (nën GHz), IKE nuk do të jetë një problem serioz. Eksperimentet tregojnë se zbutja e energjisë së rrezatimit të linjave diferenciale me një distancë prej 500 milje mbi 3 metra ka arritur në 60dB, e cila është e mjaftueshme për të përmbushur standardin ELECTROMAGNETIC të rrezatimit të FCC. Prandaj, projektuesit nuk kanë nevojë të shqetësohen shumë për papajtueshmërinë elektromagnetike të shkaktuar nga bashkimi i pamjaftueshëm i linjave diferenciale.

3. serpentinë

Një linjë gjarpri përdoret shpesh në Layout. Qëllimi i tij kryesor është të rregullojë vonesën kohore dhe të plotësojë kërkesat e dizajnimit të kohës së sistemit. Projektuesit duhet së pari të kuptojnë se tela gjarpri do të shkatërrojë cilësinë e sinjalit, do të ndryshojë vonesën e transmetimit dhe duhet të shmanget kur instaloni tela. Sidoqoftë, në hartimin praktik, për të siguruar një kohë të mjaftueshme të mbajtjes së sinjaleve, ose për të zvogëluar kohën e kompensimit midis të njëjtit grup sinjalesh, dredha -dredha duhet të kryhet me qëllim.

Pra, çfarë bën gjarpri për të sinjalizuar transmetimin? Çfarë duhet t’i kushtoj vëmendje kur eci në vijë? Dy parametrat më kritikë janë gjatësia paralele e bashkimit (Lp) dhe distanca e bashkimit (S), siç tregohet në FIG. 1-8-21. Natyrisht, kur sinjali transmetohet në vijë gjarpri, do të ketë bashkim midis segmenteve të vijave paralele në formën e diferencës. Sa më i vogël të jetë S, aq më i madh është Lp, dhe aq më e madhe do të jetë shkalla e bashkimit. Kjo mund të rezultojë në vonesa të reduktuara të transmetimit dhe një reduktim të ndjeshëm të cilësisë së sinjalit për shkak të kryqëzimit, siç përshkruhet në kapitullin 3 për analizën e kryqëzimit të mënyrës së zakonshme dhe mënyrës diferenciale.

Këtu janë disa këshilla për inxhinierët Layout kur merren me gjarpërinj:

1. Mundohuni të rrisni distancën (S) të segmentit të vijës paralele, e cila është të paktën më e madhe se 3H. H i referohet distancës nga linja e sinjalit në planin referues. Në përgjithësi, është të marrësh një kurbë të madhe. Përderisa S është mjaft i madh, efekti i bashkimit mund të shmanget pothuajse plotësisht.

2. Kur gjatësia e bashkimit Lp zvogëlohet, kryqëzimi i krijuar do të arrijë ngopjen kur vonesa e Lp afrohet dy herë ose tejkalon kohën e ngritjes së sinjalit.

3. Vonesa e transmetimit të sinjalit e shkaktuar nga Linja e gjarprit në shiritin ose mikro-shiritin e ngulitur është më e vogël se ajo e mikro-shiritit. Teorikisht, vija e shiritit nuk ndikon në shpejtësinë e transmetimit për shkak të kryqëzimit të modalitetit diferencial.

4. Për linjat me shpejtësi të lartë dhe sinjale me kërkesa të rrepta për kohën, përpiquni të mos ecni në linja gjarpri, veçanërisht në një zonë të vogël.

5. Shpesh mund të përdoret adoptimi i gjarprit në çdo kënd. Struktura C në FIG. 1-8-20 mund të zvogëlojë në mënyrë efektive bashkimin midis njëri-tjetrit.

6. Në dizajnin e PCB me shpejtësi të lartë, gjarpri nuk ka të ashtuquajturën aftësi filtrimi ose kundër ndërhyrjes, dhe mund të zvogëlojë vetëm cilësinë e sinjalit, kështu që përdoret vetëm për përputhjen e kohës dhe asnjë qëllim tjetër.

7. Ndonjëherë dredha -dredha spirale mund të konsiderohet. Simulimi tregon se efekti i tij është më i mirë se dredha -dredha gjarpri normale.