Распоред је једна од најосновнијих радних вештина Дизајн ПЦБ-а инжењер. The quality of wiring will directly affect the performance of the whole system, most of the high-speed design theory must be finally realized and verified by Layout, so it can be seen that wiring is crucial in high-speed PCB design. У наставку ће бити узето у обзир да би ожичење могло наићи на неке ситуације, анализирати његову рационалност и дати неке оптимизованије стратегије усмјеравања. Углавном са десне угаоне линије, линије разлике, змијске линије и тако даље три аспекта за разраду.

1. Правокутна го линија

Ожичење под правим углом је генерално потребно да би се избегла ситуација у ожичењу ПЦБ-а, и скоро је постало један од стандарда за мерење квалитета ожичења, па колики ће утицај правокутно ожичење имати на пренос сигнала? У принципу, ожичење под правим углом ће променити ширину линије далековода, што ће довести до дисконтинуитета импедансе. У ствари, не само права угаона линија, тона угла, оштра угаона линија могу изазвати промене импедансе.

Утицај поравнања под правим углом на сигнал углавном се огледа у три аспекта: прво, угао може бити еквивалентан капацитивном оптерећењу на далеководу, успоравајући време пораста; Друго, прекид импедансе ће изазвати рефлексију сигнала; Треће, ЕМИ генерисана врхом под правим углом.

Паразитски капацитет узрокован правим углом далековода може се израчунати према следећој емпиријској формули:

Ц = 61В (Ер) 1/2/З0

У горњој формули, Ц се односи на еквивалентни капацитет на углу (пФ), В се односи на ширину линије (инч), ε Р се односи на диелектричну константу медија, а З0 је карактеристична импеданса преноса линија. На пример, за 4 Милс 50 охмски преносни вод (εр 4.3), капацитет правог угла је око 0.0101пФ, а варијација у времену пораста може се проценити:

Т10-90%= 2.2* Ц* з0/2 = 2.2* 0.0101* 50/2 = 0.556пс

Из прорачуна се може видети да је ефекат капацитивности који доноси правокутно ожичење изузетно мали.

Како се ширина линије правокутне линије повећава, импеданција у овом тренутку ће се смањивати, па ће доћи до одређеног феномена рефлексије сигнала. Можемо израчунати еквивалентну импеданцију након повећања ширине линије према формули за прорачун импедансе наведене у одељку далековода, а затим израчунати коефицијент рефлексије према емпиријској формули: ρ = (Зс-З0)/(Зс+З0), опћенито правокутно ожичење резултира промјеном импедансе између 7%-20%, па је максимални коефицијент рефлексије око 0.1. Штавише, као што се може видети са доње слике, импеданса далековода се мења на минимум унутар дужине В/2 линије, а затим се враћа на нормалну импеданцију након В/2 времена. Време за целу промену импедансе је врло кратко, обично унутар 10пс. Таква брза и мала промена је скоро занемарљива за општи пренос сигнала.

Многи људи имају такво разумевање усмеравања под правим углом, верујући да врх лако емитује или прима електромагнетне таласе и производи ЕМИ, што је постало један од разлога зашто многи људи мисле да усмеравање под правим углом није могуће. Међутим, многи практични резултати испитивања показују да права угаона линија не производи много ЕМИ него права линија. Можда тренутне перформансе инструмента и ниво теста ограничавају тачност теста, али барем показују да је зрачење правокутне линије мање од грешке мерења самог инструмента. Генерално, поравнање под правим углом није тако страшно као што се може чинити. Барем у апликацијама испод ГХз, сви ефекти као што су капацитет, рефлексија, ЕМИ итд. Готово да се не одражавају у ТДР тестовима. Инжењер дизајна брзих ПЦБ-а требао би се фокусирати на распоред, дизајн напајања/тла, дизајн ожичења, перфорацију итд. Иако, наравно, ефекти правоугаоне линије кретања нису веома озбиљни, али не значи да можемо ходати под правим углом, пажња на детаље је суштински квалитет сваког доброг инжењера, а уз брзи развој дигиталних кола , Инжењери ПЦБ -а обраду фреквенције сигнала такође ће наставити да побољшавају, на више од 10 ГХЗ РФ пројектно поље, Ови мали прави углови могу постати фокус проблема великих брзина.

2. Разлика у

Диференцијални сигнал се широко користи у дизајну кола велике брзине. Најважнији сигнал у колу је Диференцијални дизајн сигнала. Како осигурати добре перформансе у дизајну ПЦБ -а? Имајући у виду ова два питања, прелазимо на следећи део наше дискусије.

Шта је диференцијални сигнал? На обичном енглеском језику, управљачки програм шаље два еквивалентна и инвертирајућа сигнала, а пријемник упоређује разлику између два напона како би утврдио да ли је логичко стање „0“ или „1“. Пар жица које носе диференцијалне сигнале називамо диференцијалне жице.

У поређењу са обичним једноструким усмеравањем сигнала, диференцијални сигнал има најочигледније предности у следећа три аспекта:

А. Снажна способност против сметњи, јер је спрега између две диференцијалне линије веома добра, када постоје сметње буке, оне су скоро повезане на две линије истовремено, а пријемник брине само о разлици између два сигнала, па се спољна заједничка бука може потпуно отказати.

Б. Може ефикасно сузбити ЕМИ. Слично, пошто су два сигнала супротног поларитета, електромагнетно поље које зраче могу међусобно да се пониште. Што је спојница ближа, мање се електромагнетне енергије ослобађа у спољни свет.

Ц. Временско позиционирање је тачно. Пошто се прекидачка промена диференцијалних сигнала налази на пресеку два сигнала, за разлику од уобичајених једноструких сигнала који се процењују високим и ниским прагом напона, на њу мање утичу процес и температура, што може смањити грешке у темпирању и погоднији је за кола са сигналима ниске амплитуде. ЛВДС (нисконапонска диференцијална сигнализација) односи се на ову технологију диференцијалног сигнала мале амплитуде.

За инжењере ПЦБ -а најважнија брига је како осигурати да се ове предности диференцијалног усмјеравања могу у потпуности искористити у стварном усмјеравању. Можда ће људи све док су у контакту са распоредом разумети опште захтеве диференцијалног усмеравања, то јест „једнаке дужине, једнаке удаљености“. Isometric is to ensure that the two differential signals always maintain opposite polarity, reduce the common mode component; Изометријска је углавном за осигурање исте диференцијалне импеданције, смањење рефлексије. „Што је могуће ближе“ понекад је један од захтева за диференцијално усмеравање. Али ниједно од ових правила није намењено механичкој примени, а чини се да многи инжењери не разумеју природу диференцијалне сигнализације велике брзине. Следеће се фокусира на неколико уобичајених грешака у дизајну диференцијалног сигнала ПЦБ -а.

Заблуда 1: Диференцијалним сигналима није потребна основна раван као путања повратног тока, или мислите да диференцијалне линије међусобно обезбеђују путању повратног тока. Узрок овог неспоразума збуњује површински феномен, или механизам преноса сигнала велике брзине није довољно дубок. Као што се може видети из структуре пријемног краја на Сл. На слици 1-8-15, емитерске струје транзистора К3 и К4 су еквивалентне и супротне, а њихова струја на споју се потпуно поништава (И1 = 0). Због тога је диференцијално коло неосетљиво на сличне пројектиле уземљења и друге сигнале буке који могу постојати у напајању и равни земље. Делимично поништавање повратног тока уземљења не значи да диференцијално коло не узима референтну раван као повратну путању сигнала. Заправо, у анализи повратног тока сигнала, механизам диференцијалног усмеравања је исти као и код обичног једносмерног усмеравања, наиме, високи

Фреквенцијски сигнал увек тече уназад дуж кола са најмањом индуктивношћу. Највећа разлика лежи у томе што линија разлике не само да је спојена са земљом, већ има и међусобну везу. Јака спрега постаје главни пут повратног тока.

У дизајну ПЦБ кола, спрега између диференцијалног ожичења је генерално мала, обично чини само 10 ~ 20% степена спрезања, а већина спојнице је на земљи, тако да главни повратни ток диференцијалног ожичења и даље постоји у земљи авион. У случају дисконтинуитета у локалној равни, спрега између диференцијалних праваца обезбеђује главни пут повратног тока у региону без референтне равни, као што је приказано на Сл. 1-8-17. Иако утицај дисконтинуитета референтне равни на диференцијално ожичење није тако озбиљан као код обичног једноструког ожичења, он ће и даље смањити квалитет диференцијалног сигнала и повећати ЕМИ, што би требало избегавати колико год је то могуће. Неки дизајнери верују да се референтна раван линије диференцијалног преноса може уклонити како би се потиснуо део сигнала заједничког мода у диференцијалном преносу, али теоретски овај приступ није пожељан. Како контролисати импеданцију? Без обезбеђивања петље импедансе уземљења за сигнал заједничког режима, ЕМИ зрачење ће вероватно бити узроковано, што наноси више штете него користи.

Мит 2: Одржавање једнаког размака важније је од подударања дужине линије. У стварном ожичењу ПЦБ -а често није у могућности задовољити захтјеве диференцијалног дизајна. Због дистрибуције пинова, рупа и простора за ожичење и других фактора, потребно је постићи сврху усклађивања дужине вода кроз одговарајуће намотаје, али резултат је неизбежно део пара разлика не може бити паралелан, у овом тренутку, како да изаберете? Пре него што пређемо на закључке, погледајмо следеће резултате симулације. Из горњих резултата симулације се може видети да се таласни облици шеме 1 и шеме 2 скоро подударају, односно да је утицај неједнаког размака минималан, а утицај неусклађености дужине линија много већи на временски низ (шема 3) . Из перспективе теоријске анализе, иако ће недоследан размак довести до промене импедансе разлике, али зато што спрега између самог пара разлика није значајна, па је и опсег промена импедансе веома мали, обично унутар 10%, само еквивалентно до рефлексије изазване рупом, која неће узроковати значајан утицај на пренос сигнала. Једном када се дужина линије не подудара, поред помака временског низа, компоненте диференцијалног режима се уносе у диференцијални сигнал, што смањује квалитет сигнала и повећава ЕМИ.

Може се рећи да је најважније правило у дизајну ожичења за ПЦБ диференцијале подударање дужине вода, а друга правила се могу флексибилно руковати према захтевима дизајна и практичним применама.

Заблуда три: линија размишљања о разликама мора се ослањати врло близу. Смисао држања линија разлика близу није ништа друго до повећање њиховог повезивања, како за побољшање имунитета на буку, тако и за искоришћавање супротног поларитета магнетног поља за поништавање електромагнетних сметњи из спољног света. Иако је овај приступ у већини случајева врло повољан, није апсолутан. Ако се они могу потпуно заштитити од спољних сметњи, онда не морамо више да постижемо сврху заштите од сметњи и сузбијања ЕМИ-ја кроз снажно повезивање једни с другима. Како осигурати да диференцијално усмјеравање има добру изолацију и заштиту? Повећање удаљености између линија и других сигнала један је од најосновнијих начина. Енергија електромагнетног поља опада са квадратним односом удаљености. Генерално, када је растојање између линија више од 4 пута ширине линије, сметње између њих су изузетно слабе и у основи се могу занемарити. Осим тога, изолација кроз равнину уземљења такође може пружити добар ефекат заштите. Ова структура се често користи у високофреквентним (изнад 10Г) ИЦ пакованим ПЦБ дизајнима, познатим као ЦПВ структура, како би се обезбедила строга контрола диференцијалне импедансе (2З0), СЛ. 1-8-19.

Диференцијално усмеравање се такође може спровести у различитим слојевима сигнала, али се то генерално не препоручује, јер разлике као што су импеданса и рупе у различитим слојевима могу уништити ефекат преноса диференцијалног режима и увести шум заједничког мода. Осим тога, ако два суседна слоја нису чврсто повезана, способност диференцијалног усмеравања да се одупре шуму ће се смањити, али преслушавање не представља проблем ако се одржава одговарајући размак са околним усмеравањем. Генерално, фреквенција (испод ГХз) ЕМИ неће представљати озбиљан проблем. Експерименти показују да је слабљење енергије зрачења диференцијалних водова на удаљености од 500 миља преко 3 метра достигло 60 дБ, што је довољно да задовољи стандард електромагнетног зрачења ФЦЦ -а. Стога дизајнери не морају превише бринути о електромагнетној некомпатибилности узрокованој недовољним спајањем диференцијалних водова.

3. серпентина

У распореду се често користи змијолика линија. Његова главна сврха је да прилагоди временско кашњење и испуни захтеве пројектовања временског распореда система. Дизајнери би прво требали схватити да ће змијолика жица уништити квалитету сигнала, промијенити кашњење пријеноса и треба их избјегавати при ожичењу. Међутим, у практичном дизајну, како би се осигурало довољно времена задржавања сигнала или смањило временско одступање између исте групе сигнала, намотавање се мора намерно извршити.

Дакле, шта серпентина чини за пренос сигнала? На шта треба да обратим пажњу приликом преласка линије? Два најкритичнија параметра су паралелна дужина спајања (Лп) и растојање спајања (С), као што је приказано на Сл. 1-8-21. Очигледно, када се сигнал преноси у змијоликој линији, доћи ће до спреге између паралелних сегмената линије у облику режима разлике. Што је С мањи, већи је Лп и већи ће бити степен спрезања. Ово може довести до смањења кашњења преноса и значајног смањења квалитета сигнала због преслушавања, како је описано у Поглављу 3 за анализу преслушавања заједничког и диференцијалног режима.

Ево неколико савета за инжењере распореда када се баве серпентинама:

1. Покушајте да повећате растојање (С) одсечка паралелне линије, које је најмање веће од 3Х. Х се односи на удаљеност од сигналне линије до референтне равни. Уопштено говорећи, потребно је узети велику кривуљу. Све док је С довољно велик, ефекат спајања се може скоро потпуно избећи.

2. Када се смањи дужина повезивања Лп, генерисани преслушавање ће достићи засићење када се кашњење Лп два пута приближи или премаши време пораста сигнала.

3. Кашњење преноса сигнала узроковано змијоликом линијом стрип-линије или уграђеном микротраком мање је од кашњења микро-траке. Теоретски, линија врпце не утиче на брзину преноса због преслушавања у диференцијалном режиму.

4. За велике брзине и сигналне линије са строгим захтевима у погледу времена, покушајте да не ходате серпентинским линијама, посебно на малом подручју.

5. Змијолико усмеравање под било којим углом често се може усвојити. Ц структура на Сл. 1-8-20 могу ефикасно смањити међусобно повезивање.

6. У дизајну ПЦБ-а велике брзине, серпентине нема такозвану способност филтрирања или заштите од сметњи, и може само смањити квалитет сигнала, па се користи само за усклађивање времена и нема друге сврхе.

7. Понекад се може размотрити спирални намотај. Симулација показује да је њен ефекат бољи од нормалног серпентинског намота.