Tata letak mangrupikeun salah sahiji kaparigelan kerja anu paling dasar tina Desain PCB insinyur. Kualitas kabel bakal mangaruhan sacara langsung kinerja sadaya sistem, kaseueuran tiori desain kecepatan tinggi kedah tungtungna sadar sareng diverifikasi ku Layout, janten tiasa ditingali yén kabel penting pisan dina desain PCB gancang-gancang. Ieu di handap bakal ditingali tina kabel anu saleresna panginten aya sababaraha kaayaan, analisa rasionalitasna, sareng masihan sababaraha strategi peruteyan anu langkung dioptimalkeun. Utamana tina garis Angle anu leres, garis bedana, garis oray sareng saterasna tilu aspek anu kedah dijelaskeun.

1. Garis buka sagi opat

Kabel sudut katuhu umumna diperyogikeun pikeun nyingkahan kaayaan dina kabel PCB, sareng ampir janten salah sahiji standar pikeun ngukur kualitas kabel, janten sabaraha pangaruh kabel sudut katuhu dina transmisi sinyal? Sacara prinsip, kabel sudut katuhu bakal ngarobih lébar garis tina jalur transmisi, hasilna henteuna impedansi. Nyatana, henteu ngan ukur garis Angle, ton Angle, garis Angle akut tiasa nyababkeun parobahan impedansi.

Pangaruh alignment sudut katuhu dina sinyal utamina digambarkan dina tilu aspék: kahiji, juru tiasa sami sareng beban kapasitif dina saluran transmisi, ngalambatkeun turunna waktos; Kadua, impedansi diskontinuitas bakal ngabalukarkeun réfléksi sinyal; Katilu, EMI dihasilkeun ku ujung Angle anu leres.

Kapasitas parasit anu disababkeun ku sudut katuhu tina saluran transmisi tiasa diitung ku rumus émpiris ieu:

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

Dina rumus di luhur, C ngarujuk kana kapasitansi anu sami di juru (pF), W ngarujuk kana lebar garis (inci), ε R ngarujuk kana konstanta diéléktrik sedeng, sareng Z0 mangrupikeun impedansi karakteristik transmisi garis. Salaku conto, pikeun jalur transmisi 4Mils 50 ohm (4.3r 0.0101), kapasitansi Sudut katuhu nyaéta sakitar XNUMXpF, sareng variasi waktos naékna tiasa diperkirakeun:

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

Éta tiasa ditingali tina itungan yén pangaruh capacitance dibawa ku kabel sudut katuhu leutik pisan.

Nalika lebar garis garis sudut katuhu naék, impedansi dina titik ieu bakal turun, janten bakal aya fenomena refleksi sinyal anu tangtu. Urang tiasa ngitung impedansi anu sami saatos lebar garis ningkat numutkeun rumus itungan impedansi anu disebatkeun dina bagian saluran transmisi, teras ngitung koefisien refleksi numutkeun rumus empiris: ρ = (Zs-Z0) / (Zs + Z0), sambungan kabel sudut katuhu umum anu ngahasilkeun impedansi antara 7% -20%, janten koefisien refleksi maksimum sakitar 0.1. Sumawona, sapertos anu tiasa ditingali tina gambar di handap ieu, impedansi jalur transmisi robih kana minimum dina panjang garis W / 2, teras pulih ka impedansi normal saatos W / 2 waktos. Waktos pikeun parobihan impedansi sadayana pondok pisan, biasana dina 10ps. Parobihan gancang sareng leutik sapertos kitu ampir teu dihaja pikeun pangiriman sinyal umum.

Seueur jalma gaduh pamahaman sapertos ngeunaan pengarahan sudut katuhu, percanten yén tipna gampang dikaluarkeun atanapi nampi gelombang éléktromagnétik sareng ngahasilkeun EMI, anu parantos janten salah sahiji alesan kunaon seueur jalma mikirkeun peruteutan sudut katuhu henteu mungkin. Nanging, seueur hasil uji praktis nunjukkeun yén garis sudut katuhu henteu ngahasilkeun seueur EMI tibatan garis lempeng. Mungkin kinerja instrumen sareng tingkat tés ayeuna ngabatesan akurasi tés, tapi sahenteuna nunjukkeun yén radiasi garis sudut katuhu kirang ti kasalahan pangukuran instrumen éta sorangan. Sacara umum, alignment sudut katuhu henteu sa dahsyatna sigana. Sahenteuna dina aplikasi di handap GHz, épék naon waé sapertos kapasitansi, réfléksi, EMI, sareng sajabana ampir teu katingali dina tés TDR. Insinyur desain PCB gancang-gancang kedah difokuskeun perenah, desain kakuatan / ground, desain kabel, perforasi, jst. Sanaos, tangtosna, balukar garis goang sagi opat henteu serius pisan, tapi henteu nyebatkeun yén urang tiasa milampah garis Angle anu leres, perhatosan kana detil mangrupikeun kualitas penting pikeun unggal insinyur anu saé, sareng, kalayan gancang ngembangna sirkuit digital , Insinyur PCB ngolah frékuénsi sinyal ogé bakal terus ningkat, nepi ka langkung ti 10 lapangan desain GHZ RF, Sudut katuhu leutik ieu tiasa janten fokus masalah gancang-gancang.

2. Bédana tina

DifferenTIal Signal digunakeun sacara lega dina desain sirkuit gancang. Sinyal anu paling penting dina sirkuit nyaéta desain DifferenTIal Signal. Kumaha mastikeun kinerja anu saé dina desain PCB? Kalayan dua patarosan ieu dina émutan, urang teraskeun kana bagian salajengna tina diskusi urang.

Naon ari sinyal diferensial? Dina basa Inggris biasa, supir ngirimkeun dua sasaruaan sareng invertting sinyal, sareng panarima ngabandingkeun bédana antara dua voltase pikeun nangtoskeun naha kaayaan logis “0” atanapi “1”. Pasangan kawat anu mawa sinyal diferensial disebat kabel diferensial.

Dibandingkeun sareng routing sinyal hiji-tungtung biasa, sinyal diferensial ngagaduhan kaunggulan anu paling jelas dina tilu aspék ieu:

A. Pangabisa anti gangguan anu kuat, sabab gandeng antara dua garis diferensial saé pisan, nalika aya gangguan noise, aranjeunna ampir gandeng kana dua garis dina waktos anu sami, sareng panarima ngan ukur paduli bédana dua sinyal, jadi noise-mode luar anu éksternal tiasa dibatalkeun pisan.

B. Éta sacara efektif tiasa neken EMI. Nya kitu, kusabab dua sinyal anu polaritasna tibalik, medan éléktromagnétik anu dipancarkeun ku aranjeunna tiasa silih batal. Langkung caket gandengna, kirang énergi éléktromagnétik dileupaskeun ka dunya luar.

C. Posisi waktos akurat. Kusabab parobihan parobihan sinyal diferensial aya di simpang dua sinyal, henteu sapertos sinyal tunggal-ujung umum anu ditilik ku tegangan ambang luhur sareng handap, éta kirang kapangaruhan ku prosés sareng suhu, anu tiasa ngirangan kasalahan waktos sareng langkung cocog pikeun sirkuit kalayan sinyal amplitudo anu handap. LVDS (voltase béda bédaTIalsignaling) ngarujuk kana téknologi sinyal diferensial amplitudo leutik ieu.

Pikeun insinyur PCB, masalah anu paling penting nyaéta kumaha mastikeun yén kaunggulan ieu tina routing diferensial tiasa dimanfaatkeun sacara lengkep dina pengarahan anu saéstuna. Sugan salami éta aya hubunganana sareng Tata Letak jalma-jalma bakal paham kana syarat umum ruteu diferensial, nyaéta “panjang anu sami, jarak anu sami”. Isometric nyaéta mastikeun yén dua sinyal diferensial teras-terasan ngajaga polaritasna sabalikna, ngirangan komponén modél umum; Isometric utamina pikeun mastikeun impedansi bédana anu sami, ngirangan réfléksi. “Sedekat-dekatna” kadang mangrupikeun salah sahiji sarat pikeun ruteu diferensial. Tapi teu aya aturan ieu anu dimaksadkeun pikeun diterapkeun sacara mékanis, sareng seueur insinyur sigana henteu ngartos sifat panyebaran diferensial gancang-gancang. Ieu fokus kana sababaraha kasalahan umum dina desain sinyal diferensial PCB.

Kesalahpahaman 1: Sinyal anu ngabédakeun henteu kedah pesawat darat salaku jalur backflow, atanapi mikir yén garis diferensial nyayogikeun jalur backflow masing-masing. Anu nyababkeun salah paham ieu lieur ku fenomena permukaan, atanapi mékanisme transmisi sinyal kecepatan tinggi henteu cekap dina jero. Sakumaha tiasa ditingali tina struktur tungtung panarima dina Gbr. 1-8-15, arus émitor transistor Q3 sareng Q4 sami sareng sabalikna, sareng arus na di simpang persis silih batal (I1 = 0). Ku alatan éta, sirkuit diferensial henteu peka sareng proyéksi taneuh anu sami sareng sinyal noise anu sanés anu tiasa aya dina catu daya sareng pesawat darat. Pembatalan aliran balik parsial pesawat darat henteu hartosna yén sirkuit diferensial henteu nyandak pesawat rujukan salaku jalur balik sinyal. Nyatana, dina analisa backflow sinyal, mékanisme routing diferensial sami sareng routing single-end biasa, nyaéta, tinggi

Sinyal frékuénsi teras ngalir deui sapanjang sirkuit kalayan induktansi pangleutikna. Beda anu paling ageung aya dina garis anu ngabédakeun henteu ngan ukur aya gandeng kana taneuh, tapi ogé ngagaduhan gandeng di antara anu sanésna. Gandeng anu kuat janten jalur arus balik utama.

Dina desain sirkuit PCB, gandeng antara kabel diferensial umumna leutik, biasana ngan ukur 10 ~ 20% tina gelar gandeng, sareng kaseueuran gandengna aya kana taneuh, janten jalur mundur utama kabel diferensial masih aya dina taneuh pesawat. Dina hal gencatan listrik dina pesawat lokal, gandeng antara rute diferensial nyayogikeun jalur arus balik utama di daérah éta tanpa pesawat rujukan, sapertos anu ditingalikeun dina Gbr. 1-8-17. Sanaos pangaruh tina henteuna pesawat rujukan dina sambungan kabel diferensial henteu sakumaha seriusna sapertos kabel single-end biasa, éta tetep bakal ngirangan kualitas sinyal diferensial sareng ningkatkeun EMI, anu kedah dihindari sajauh mungkin. Sababaraha désainer yakin yén bidang rujukan garis transmisi diferensial tiasa dipiceun pikeun neken bagian tina sinyal modeu umum dina transmisi diferensial, tapi sacara téoritis pendekatan ieu henteu pikaresepeun. Kumaha carana ngontrol impedansi? Tanpa nyayogikeun gelung impedansi taneuh pikeun sinyal modeu umum, radiasi EMI pasti disababkeun, anu langkung ngarugikeun tibatan saé.

Mitos 2: Ngajaga jarak anu sami langkung penting tibatan panjang garis anu cocog. Dina kabel PCB anu sabenerna, éta sering henteu tiasa nyumponan sarat desain diferensial. Kusabab distribusi pin, liang, sareng spasi sambungan kabel sareng faktor sanésna, perlu pikeun ngahontal tujuan cocog panjang garis ngaliwatan gulungan anu cocog, tapi hasilna teu tiasa dihindari bagian tina pasangan bédana henteu tiasa sajajar, dina waktos ayeuna, kumaha milih? Sateuacan urang léngkah kana kasimpulan, hayu urang tingali sababaraha hasil simulasi ieu. Éta tiasa ditingali tina hasil simulasi di luhur yén bentuk gelombang skéma 1 sareng Skéma 2 ampir sami, nyaéta, pangaruh jarak anu teu sami minimal, sareng pangaruh teu cocog panjang garis langkung ageung dina urutan waktos (Skéma 3) . Tina sudut pandang analisis tioritis, sanaos jarak anu teu saluyu bakal ngakibatkeun bédana impedansi, tapi kusabab gandeng antara pasangan bédana éta sorangan henteu signifikan, maka kisaran parobihan impedansi ogé leutik pisan, biasana dina 10%, ngan ukur sami waé kana réfléksi anu disababkeun ku liang, anu moal ngakibatkeun pangaruh anu signifikan dina pangiriman sinyal. Sakali panjang garisna teu cocog, salian ti urutan waktos diimbangi, komponén modeu umum diwanohkeun kana sinyal diferensial, anu ngirangan kualitas sinyal sareng ningkatkeun EMI.

Éta tiasa disebatkeun yén aturan anu paling penting dina desain kabel PCB diferensial nyaéta cocog sareng panjang garis, sareng aturan sanésna tiasa diurus sacara fleksibel numutkeun sarat desain sareng aplikasi praktis.

Kesalahan tilu: mikir garis bédana kudu ngandelkeun pisan. Titik pikeun ngajaga garis bédana caket babarengan teu aya teu ngan ukur pikeun ningkatkeun gandengna, kadua pikeun ningkatkeun imunitasna kana noise sareng ngamangpaatkeun polaritasitas tibalik médan magnét pikeun ngabatalkeun gangguan éléktromagnétik ti dunya luar. Sanaos pendekatan ieu pikaresepeun pisan dina kaseueuran kasus, éta henteu mutlak. Upami aranjeunna tiasa dijaga lengkep tina gangguan éksternal, maka urang henteu kedah ngahontal tujuan anti gangguan sareng suprési EMI ngalangkungan gandeng anu kuat deui. Kumaha carana mastikeun yén dioperasikeun dioperasikeun gaduh isolasi sareng taméng anu saé? Ningkatkeun jarak antara garis sareng sinyal sanés mangrupikeun salah sahiji cara anu paling dasar. Énergi médan éléktromagnétik turun kalayan hubungan kuadrat jarak. Umumna, nalika jarak antara garis langkung ti 4 kali lébar garis, gangguan antara aranjeunna pisan lemah sareng tiasa dipaliré dasarna. Salaku tambahan, isolasi ngalangkungan pesawat darat ogé tiasa nyayogikeun épék taméng anu saé. Struktur ieu sering dianggo dina desain frékuénsi luhur (di luhur 10G) IC rangkep PCB, katelah struktur CPW, pikeun mastikeun kontrol impedansi anu béda (2Z0), Gbr. 1-8-19.

Routing diferensial ogé tiasa dilaksanakeun dina lapisan sinyal anu béda, tapi ieu umumna henteu disarankeun, kusabab bédana sapertos impedansi sareng ngaliwatan liang dina lapisan anu béda tiasa ngancurkeun pangaruh transmisi modeu diferensial sareng ngenalkeun noise mode umum. Salaku tambahan, upami dua lapisan anu padeukeut henteu gandeng pageuh, kamampuan routing diferensial pikeun nolak sora bakal dikirangan, tapi crosstalk henteu janten masalah upami jarak anu leres dijaga sareng jalan sakurilingna. Dina frékuénsi umum (handap GHz), EMI moal janten masalah serius. Ékspérimén nunjukkeun yén atenuasi énergi radiasi tina garis-garis diferensial kalayan jarak 500Mil saluareun 3 méter parantos ngahontal 60dB, anu cekap pikeun memenuhi standar radiasi éléktronika FCC. Ku alatan éta, désainer henteu kedah hariwang teuing ngeunaan sauyunan éléktromagnétik anu disababkeun ku gandeng anu cekap tina garis diferensial.

3. serpentine

Garis serpentine sering dianggo dina Tata Letak. Tujuan utamina nyaéta nyaluyukeun waktos tunduh sareng nyumponan sarat desain sistem waktos. Désainer kedah ngartos heula yén kawat serpentin bakal ngancurkeun kualitas sinyal, ngarobih tunda transmisi, sareng kedah dihindari nalika kabel. Nanging, dina desain praktis, pikeun mastikeun waktos nahan sinyal anu cekap, atanapi pikeun ngirangan waktos diimbangi antara kelompok sinyal anu sami, gulungan kedah ngahaja dilaksanakeun.

Janten naon anu dilakukeun serpentine pikeun sinyal pangiriman? Naon anu kuring kedah merhatoskeun nalika leumpang? Dua parameter anu paling kritis nyaéta panjang gandeng paralel (Lp) sareng jarak gandeng (S), sapertos anu ditingalikeun dina Gbr. 1-8-21. Jelas, nalika sinyalna dikirimkeun dina garis serpentin, bakal aya kopling antara bagéan garis paralel dina bentuk modeu bédana. S anu langkung alit nyaéta, Lp langkung ageung, sareng tingkat gandengna langkung ageung. Ieu tiasa nyababkeun ngirangan tunduh transmisi sareng pangirangan anu signifikan dina kualitas sinyal kusabab crosstalk, sakumaha anu dijelaskeun dina bab 3 pikeun analisa mode umum sareng crosstalk modeu diferensial.

Ieu sababaraha tips pikeun insinyur Layout nalika kaayaan serpentines:

1. Coba pikeun ningkatkeun jarak (S) tina ruas garis paralel, anu sahenteuna henteu langkung ti 3H. H ngarujuk kana jarak tina garis sinyal kana pesawat rujukan. Sacara umum, nyaéta nyandak kurva ageung. Salami S cukup ageung, pangaruh gandeng ampir tiasa dihindari.

2. Nalika panjang gandeng Lp diréduksi, crosstalk anu dihasilkeun bakal ngahontal jenuh nalika reureuh Lp dua kali ngadeukeutan atanapi ngaleuwihan waktos naékna sinyal.

3. Tunda transmisi sinyal anu disababkeun ku garis oray sapertos jalur-jalur atanapi Embedded micro-strip langkung alit tibatan mikro-strip. Sacara téoritis, garis pita henteu mangaruhan laju transmisi kusabab modél diferensial crosstalk.

4. Pikeun garis kecepatan-gancang sareng sinyal kalayan syarat anu ketat dina waktos, cobi henteu jalan-jalan ti jalur serpentine, khususna di daérah alit.

5. Routing serpentine iraha Angle tiasa sering diadopsi. Struktur C dina Gbr. 1-8-20 sacara épéktip tiasa ngirangan gandeng antara séwang-séwangan.

6. Dina desain PCB gancang, serpentine henteu ngagaduhan kamampuan nyaring atanapi anti gangguan, sareng ngan ukur tiasa ngirangan kualitas sinyal, janten éta ngan ukur dianggo pikeun nyocogkeun waktos sareng teu aya tujuan anu sanés.

7. Kadang-kadang spiral winding tiasa dianggap. Simulasi nunjukkeun yén pangaruh na langkung saé tibatan sédérin normal.