Tata perenah mangrupikeun salah sahiji kaahlian padamelan anu paling dasar pikeun insinyur desain PCB. Kualitas kabel bakal langsung mangaruhan kinerja sakabéh sistem. Paling téori desain-speed tinggi kudu tungtungna dilaksanakeun tur diverifikasi ngaliwatan Layout. Ieu bisa ditempo yén wiring pohara penting dina PCB gancang-gancang rarancang. Di handap ieu bakal nganalisis rationality tina sababaraha kaayaan nu bisa jadi encountered dina wiring sabenerna, sarta méré sababaraha strategi routing leuwih dioptimalkeun.

Utamana dipedar tina tilu aspék: kabel sudut katuhu, kabel diferensial, sareng kabel serpentine.

1. routing sudut katuhu

Katuhu-sudut wiring umumna kaayaan anu perlu dihindari saloba mungkin dina wiring PCB, sarta geus ampir jadi salah sahiji standar pikeun ngukur kualitas wiring. Janten sabaraha pangaruh kabel sudut katuhu dina pangiriman sinyal? Sacara prinsip, routing sudut katuhu bakal ngarobah lebar garis tina garis transmisi, ngabalukarkeun discontinuity impedansi. Kanyataanna, teu ngan katuhu-sudut routing, tapi ogé juru jeung akut-sudut routing bisa ngabalukarkeun parobahan impedansi.

Pangaruh routing sudut katuhu dina sinyal utamana reflected dina tilu aspék:

Salah sahijina nyaéta sudut tiasa sami sareng beban kapasitif dina jalur transmisi, anu ngalambatkeun waktos naékna; kadua nyaéta yén discontinuity impedansi bakal ngabalukarkeun pantulan sinyal; katilu nyaeta EMI dihasilkeun ku ujung katuhu-sudut.

Kapasitansi parasit disababkeun ku sudut katuhu tina garis transmisi bisa diitung ku rumus empiris handap:

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

Dina rumus di luhur, C nujul kana kapasitansi sarimbag sudut (unit: pF), W nujul kana rubak renik (unit: inci), εr nujul kana konstanta diéléktrik tina sedeng, sarta Z0 nyaéta impedansi karakteristik. tina jalur transmisi. Contona, pikeun jalur transmisi 4Mils 50 ohm (εr nyaéta 4.3), kapasitansi anu dibawa ku sudut katuhu sakitar 0.0101pF, teras parobahan waktos naékna disababkeun ku ieu tiasa diperkirakeun:

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

Ieu bisa ditempo ngaliwatan itungan yén pangaruh kapasitansi dibawa ku renik katuhu-sudut pisan leutik.

Salaku rubak garis tina renik katuhu-sudut naek, impedansi dinya bakal ngurangan, jadi fenomena cerminan sinyal tangtu bakal lumangsung. Urang bisa ngitung impedansi sarimbag sanggeus lebar garis naek nurutkeun rumus itungan impedansi disebutkeun dina bab jalur transmisi, lajeng Ngitung koefisien cerminan nurutkeun rumus empiris:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Sacara umum, parobahan impedansi disababkeun ku wiring sudut katuhu antara 7% -20%, jadi koefisien cerminan maksimum nyaéta ngeunaan 0.1. Leuwih ti éta, sakumaha bisa ditempo dina gambar di handap, impedansi tina garis transmisi robah ka minimum dina panjang garis W / 2, lajeng balik deui ka impedansi normal sanggeus waktu W / 2. Sakabéh waktos parobahan impedansi pondok pisan, sering dina 10ps. Di jero, parobahan gancang sareng leutik sapertos ampir teu tiasa diabaikan pikeun pangiriman sinyal umum.

Seueur jalma gaduh pamahaman ieu ngeunaan wiring sudut katuhu. Aranjeunna nganggap yén tip gampang ngirimkeun atanapi nampi gelombang éléktromagnétik sareng ngahasilkeun EMI. Ieu geus jadi salah sahiji alesan naha loba jalma mikir yén wiring sudut katuhu teu bisa routed. Sanajan kitu, loba hasil tés sabenerna némbongkeun yén ngambah katuhu-angled moal ngahasilkeun EMI atra ti garis lempeng. Panginten kinerja alat ayeuna sareng tingkat tés ngabatesan katepatan tés, tapi sahenteuna ngagambarkeun masalah. Radiasi tina kabel sudut katuhu geus leuwih leutik batan kasalahan pangukuran alat sorangan.

Sacara umum, routing sudut katuhu henteu sakumaha dahsyat sakumaha imagined. Sahenteuna dina aplikasi handap GHz, sagala épék kayaning kapasitansi, cerminan, EMI, jsb boro reflected dina nguji TDR. Insinyur desain PCB-speed tinggi masih kedah difokuskeun perenah, desain kakuatan / taneuh, sareng desain kabel. Via liang jeung aspék séjén. Tangtu, sanajan dampak tina wiring sudut katuhu teu pisan serius, teu hartosna yén urang sadayana tiasa nganggo wiring sudut katuhu dina mangsa nu bakal datang. Perhatian kana detil mangrupikeun kualitas dasar anu kedah dimiliki unggal insinyur anu saé. Leuwih ti éta, kalawan ngembangkeun gancang tina sirkuit digital, PCB Frékuénsi sinyal diolah ku insinyur bakal terus ningkat. Dina widang desain RF luhur 10GHz, sudut katuhu leutik ieu bisa jadi fokus masalah speed tinggi.

2. routing diferensial

Sinyal diferensial (DifferentialSignal) beuki loba dipaké dina desain sirkuit-speed tinggi. Sinyal anu paling kritis dina sirkuit sering dirancang kalayan struktur diferensial. Naon ngajadikeun eta jadi populer? Kumaha pikeun mastikeun kinerja alus na dina desain PCB? Kalayan dua patarosan ieu, urang teraskeun kana bagian sawala salajengna.

Naon sinyal diferensial? Dina istilah awam urang, tungtung nyetir ngirimkeun dua sinyal sarua jeung inverted, sarta tungtung narima hakim kaayaan logika “0” atawa “1” ku ngabandingkeun bédana antara dua tegangan. Pasangan ngambah mawa sinyal diferensial disebut diferensial ngambah.

Dibandingkeun sareng ngambah sinyal tunggal-tungtung biasa, sinyal diferensial gaduh kaunggulan anu paling jelas dina tilu aspék ieu:

a. Kamampuhan anti gangguan kuat, sabab gandeng antara dua ngambah diferensial pohara alus. Nalika aya gangguan noise ti luar, aranjeunna ampir gandeng kana dua garis dina waktos anu sareng, sarta tungtung panarima ngan paduli ngeunaan bédana antara dua sinyal. Ku alatan éta, noise mode umum éksternal bisa sagemblengna dibolaykeun. b. Éta sacara efektif tiasa ngirangan EMI. Pikeun alesan anu sami, kusabab polaritasna sabalikna tina dua sinyal, médan éléktromagnétik anu dipancarkeun ku aranjeunna tiasa silih ngabatalkeun. The tighter gandeng, énérgi éléktromagnétik kirang vented ka dunya luar. c. Posisi timing akurat. Kusabab parobahan switch tina sinyal diferensial lokasina di simpang dua sinyal, teu kawas sinyal single-réngsé biasa, nu gumantung kana voltase bangbarung tinggi na low nangtukeun, éta kirang kapangaruhan ku prosés jeung hawa, nu bisa ngurangan kasalahan dina timing nu. , Tapi ogé leuwih cocog pikeun sirkuit sinyal-amplitudo low. LVDS populér ayeuna (lowvoltagedifferentialsignaling) nujul kana téknologi sinyal diferensial amplitudo leutik ieu.

Pikeun insinyur PCB, paling perhatian nyaéta kumaha carana mastikeun yén kaunggulan ieu wiring diferensial bisa pinuh garapan dina wiring sabenerna. Meureun saha wae anu geus di kabaran ku Layout bakal ngartos sarat umum tina wiring diferensial, nyaeta, “panjang sarua jeung jarak sarua”. Panjang sarua nyaéta pikeun mastikeun yén dua sinyal diferensial ngajaga polaritasna sabalikna sepanjang waktos tur ngurangan komponén mode umum; jarak anu sarua utamana pikeun mastikeun yén impedansi diferensial tina dua konsisten jeung ngurangan reflections. “Sacaket mungkin” kadang salah sahiji sarat tina wiring diferensial. Tapi kabeh aturan ieu teu dipaké pikeun mechanically nerapkeun, sarta loba insinyur sigana masih teu ngarti hakekat transmisi sinyal diferensial-speed tinggi.

Di handap ieu museurkeun kana sababaraha salah harti umum dina desain sinyal diferensial PCB.

salah paham 1: Hal ieu dipercaya yén sinyal diferensial teu perlu pesawat taneuh salaku jalur balik, atawa yén ngambah diferensial nyadiakeun jalur balik pikeun silih. Alesan keur salah paham ieu aranjeunna keur bingung ku fenomena deet, atawa mékanisme pangiriman sinyal-speed tinggi teu cukup jero. Ieu bisa ditempo tina struktur tungtung panarima Gambar 1-8-15 yén arus emitor transistor Q3 jeung Q4 sarua jeung sabalikna, sarta arus maranéhanana dina taneuh persis ngabolaykeun silih (I1=0), jadi Sirkuit diferensial nyaéta mantul anu sami sareng sinyal bising sanés anu aya dina kakuatan sareng pesawat darat henteu peka. Pembatalan balik parsial tina pesawat taneuh henteu hartosna yén sirkuit diferensial henteu nganggo pesawat rujukan salaku jalur balik sinyal. Kanyataanna, dina analisis sinyal balik, mékanisme diferensial wiring jeung kabel single-réngsé biasa sarua, nyaeta, sinyal frékuénsi luhur salawasna Reflow sapanjang loop jeung induktansi pangleutikna, bédana pangbadagna nyaéta salian ti. gandeng kana taneuh, garis diferensial ogé boga gandeng silih. Jenis gandeng nu kuat, nu hiji jadi jalur mulang utama. Gambar 1-8-16 mangrupa diagram skématik distribusi médan géomagnétik tina sinyal tunggal jeung sinyal diferensial.

Dina desain sirkuit PCB, gandeng antara ngambah diferensial umumna leutik, mindeng ukur akuntansi pikeun 10 nepi ka 20% tina gelar gandeng, sarta leuwih mangrupa gandeng ka taneuh, jadi jalur balik utama renik diferensial masih aya dina taneuh. pesawat . Nalika pesawat taneuh discontinuous, gandeng antara ngambah diferensial bakal nyadiakeun jalur balik utama di wewengkon tanpa pesawat rujukan, ditémbongkeun saperti dina Gambar 1-8-17. Sanajan pangaruh discontinuity tina pesawat rujukan dina renik diferensial teu sakumaha serius sakumaha nu ti renik single-réngsé biasa, éta masih bakal ngurangan kualitas sinyal diferensial jeung ningkatkeun EMI, nu kudu dihindari saloba mungkin. . Sababaraha désainer yakin yén pesawat rujukan handapeun renik diferensial bisa dihapus pikeun ngurangan sababaraha sinyal mode umum dina transmisi diferensial. Sanajan kitu, pendekatan ieu teu desirable dina teori. Kumaha ngadalikeun impedansi? Henteu nyayogikeun loop impedansi taneuh pikeun sinyal modeu umum pasti bakal nyababkeun radiasi EMI. Pendekatan ieu langkung seueur ngarugikeun tibatan anu hadé.

Salah paham 2: Hal ieu dipercaya yén ngajaga spasi sarua leuwih penting batan cocog panjang garis. Dina perenah PCB sabenerna, éta mindeng teu mungkin pikeun minuhan sarat desain diferensial dina waktos anu sareng. Alatan ayana distribusi pin, vias, sarta spasi wiring, tujuan cocog panjang garis kudu dihontal ngaliwatan pungkal ditangtoskeun, tapi hasilna kudu sababaraha wewengkon tina pasangan diferensial teu bisa sajajar. Naon anu kudu urang pigawé dina waktu ieu? pilihan mana? Saméméh nyieun kacindekan, hayu urang titénan hasil simulasi ieu di handap.

Tina hasil simulasi di luhur, bisa katitén yén wangun gelombang Skéma 1 jeung Skéma 2 téh méh kabeneran, hartina pangaruh anu disababkeun ku jarak anu teu sarua téh minimal. Dina babandingan, pangaruh mismatch panjang garis on timing nu leuwih gede. (Skéma 3). Tina analisis téoritis, sanajan jarak inconsistent bakal ngabalukarkeun impedansi diferensial robah, sabab gandeng antara pasangan diferensial sorangan teu signifikan, rentang robah impedansi ogé leutik pisan, biasana dina 10%, nu ngan sarua jeung hiji pass. . Pantulan disababkeun ku liang moal boga dampak signifikan dina pangiriman sinyal. Sakali panjang garis teu cocog, salian ti timing offset, komponén mode umum diwanohkeun kana sinyal diferensial, nu ngurangan kualitas sinyal jeung ngaronjatkeun EMI.

Bisa disebutkeun yen aturan pangpentingna dina desain ngambah diferensial PCB nyaeta panjang garis cocog, sarta aturan sejenna bisa flexibly diatur nurutkeun sarat desain jeung aplikasi praktis.

Salah paham 3: Pikirkeun yén kabel diferensial kedah caket pisan. Ngajaga ngambah diferensial nutup euweuh leuwih ti pikeun ngaronjatkeun gandeng maranéhna, nu teu ukur bisa ningkatkeun kekebalan kana noise, tapi ogé ngagunakeun pinuh ku polaritasna sabalikna ti médan magnét offset gangguan éléktromagnétik ka dunya luar. Sanaos pendekatan ieu mangpaat pisan dina kalolobaan kasus, éta henteu mutlak. Lamun urang bisa mastikeun yén maranéhna téh pinuh shielded tina gangguan éksternal, teras urang teu kedah nganggo gandeng kuat pikeun ngahontal anti gangguan. Jeung tujuan suppressing EMI. Kumaha urang bisa mastikeun isolasi alus tur shielding tina ngambah diferensial? Ngaronjatkeun jarak sareng ngambah sinyal sanés mangrupikeun salah sahiji cara anu paling dasar. Énergi médan éléktromagnétik turun kalayan kuadrat jarak. Sacara umum, nalika jarak garis ngaleuwihan 4 kali lebar garis, gangguan antara aranjeunna pisan lemah. Bisa dipaliré. Sajaba ti éta, isolasi ku pesawat taneuh ogé bisa maénkeun peran shielding alus. Struktur ieu mindeng dipaké dina frékuénsi luhur (di luhur 10G) IC design pakét PCB. Ieu disebut struktur CPW, nu bisa mastikeun impedansi diferensial ketat. kontrol (2Z0), ditémbongkeun saperti dina Gambar 1-8-19.

ngambah diferensial ogé bisa ngajalankeun dina lapisan sinyal béda, tapi metoda ieu umumna teu dianjurkeun, sabab béda dina impedansi na vias dihasilkeun lapisan béda bakal ngancurkeun efek transmisi mode diferensial sarta ngenalkeun noise mode umum. Sajaba ti éta, lamun dua lapisan padeukeut teu pageuh gandeng, bakal ngurangan kamampuhan ngambah diferensial nolak noise, tapi lamun bisa ngajaga jarak ditangtoskeun tina ngambah sabudeureun, crosstalk teu masalah. Dina frékuénsi umum (handap GHz), EMI moal jadi masalah serius. Ékspérimén nunjukkeun yén atenuasi énergi anu dipancarkeun dina jarak 500 mils tina jejak diferensial parantos ngahontal 60 dB dina jarak 3 méter, anu cekap pikeun nyumponan standar radiasi éléktromagnétik FCC, janten desainer henteu kedah hariwang teuing. loba ngeunaan incompatibility éléktromagnétik disababkeun ku gandeng garis diferensial cukup.

3. garis Serpentine

Garis oray mangrupikeun jinis metode routing anu sering dianggo dina Layout. Tujuan utamina nyaéta pikeun nyaluyukeun tunda pikeun nyumponan sarat desain timing sistem. Désainer mimitina kedah gaduh pamahaman ieu: garis serpentine bakal ngancurkeun kualitas sinyal, ngarobih tunda pangiriman, sareng nyobian ngahindarkeun éta nalika kabel. Sanajan kitu, dina rarancang sabenerna, guna mastikeun yén sinyal boga waktu ditahan cukup, atawa pikeun ngurangan waktu offset antara grup sarua sinyal, éta mindeng perlu ngahaja angin kawat.

Janten, naon pangaruh garis serpentine dina pangiriman sinyal? Naon anu kuring kedah perhatikeun nalika kabel? Dua parameter paling kritis nyaéta panjang gandeng paralel (Lp) jeung jarak gandeng (S), ditémbongkeun saperti dina Gambar 1-8-21. Jelas, nalika sinyal dikirimkeun dina ngambah serpentine, bagéan garis paralel bakal gandeng dina mode diferensial. Nu leuwih leutik S jeung nu leuwih gede Lp, nu gede darajat gandeng. Éta tiasa nyababkeun panurunan pangiriman, sareng kualitas sinyal dikirangan pisan kusabab crosstalk. Mékanismena tiasa ngarujuk kana analisis modeu umum sareng crosstalk mode diferensial dina Bab 3.

Ieu sababaraha saran pikeun insinyur Layout nalika ngurus garis serpentine:

1. Coba ningkatkeun jarak (S) bagéan garis paralel, sahenteuna leuwih gede ti 3H, H nujul kana jarak ti ngambah sinyal ka pesawat rujukan. Dina istilah awam urang, éta pikeun ngurilingan hiji tikungan badag. Salami S cukup badag, pangaruh gandeng silih bisa ampir sakabéhna dihindari. 2. Ngurangan panjang gandeng Lp. Nalika tunda Lp ganda ngadeukeutan atanapi ngaleuwihan waktos naékna sinyal, crosstalk anu dihasilkeun bakal ngahontal jenuh. 3. Tunda transmisi sinyal disababkeun ku garis serpentine Jalur-Line atanapi Embedded Micro-strip kirang ti éta tina Micro-strip. Dina tiori, stripline moal mangaruhan laju transmisi alatan crosstalk mode diferensial. 4. Pikeun jalur sinyal-speed tinggi jeung jalma kalawan sarat timing ketat, coba teu nganggo garis serpentine, utamana di wewengkon leutik. 5. Anjeun mindeng bisa make ngambah serpentine iraha wae sudut, kayaning struktur C dina Gambar 1-8-20, nu bisa éféktif ngurangan gandeng silih. 6. Dina desain PCB-speed tinggi, garis serpentine teu boga disebut nyaring atawa kamampuhan anti gangguan, sarta ngan bisa ngurangan kualitas sinyal, ku kituna ngan dipaké pikeun timing cocog jeung euweuh tujuan séjén. 7. Kadang-kadang bisa mertimbangkeun spiral routing pikeun pungkal. Simulasi nunjukeun yen pangaruhna leuwih hade tinimbang routing serpentine normal.