Mpangilio ni mojawapo ya ujuzi wa msingi wa kazi kwa wahandisi wa kubuni wa PCB. Ubora wa wiring utaathiri moja kwa moja utendaji wa mfumo mzima. Nadharia nyingi za muundo wa kasi ya juu lazima hatimaye zitekelezwe na kuthibitishwa kupitia Mpangilio. Inaweza kuonekana kuwa wiring ni muhimu sana katika mwendo wa kasi wa PCB kubuni. Ifuatayo itachanganua usawaziko wa hali zingine ambazo zinaweza kupatikana katika wiring halisi, na kutoa mikakati iliyoboreshwa zaidi ya uelekezaji.

Inafafanuliwa hasa kutoka kwa vipengele vitatu: wiring-angle ya kulia, wiring tofauti, na wiring nyoka.

1. Uelekezaji wa pembe ya kulia

Kuweka waya kwa pembe ya kulia kwa ujumla ni hali ambayo inahitaji kuepukwa iwezekanavyo katika wiring ya PCB, na karibu imekuwa moja ya viwango vya kupima ubora wa nyaya. Kwa hivyo wiring ya pembe ya kulia itakuwa na ushawishi kiasi gani kwenye upitishaji wa ishara? Kimsingi, uelekezaji wa pembe ya kulia utabadilisha upana wa laini ya laini ya upitishaji, na kusababisha kutoendelea kwa kizuizi. Kwa kweli, sio tu uelekezaji wa pembe ya kulia, lakini pia pembe na uelekezaji wa pembe-kali kunaweza kusababisha mabadiliko ya impedance.

Ushawishi wa uelekezaji wa pembe-kulia kwenye ishara huonyeshwa hasa katika vipengele vitatu:

Moja ni kwamba kona inaweza kuwa sawa na mzigo wa capacitive kwenye mstari wa maambukizi, ambayo hupunguza muda wa kupanda; pili ni kwamba kutoendelea kwa impedance kutasababisha kutafakari kwa ishara; ya tatu ni EMI inayotokana na ncha ya pembe ya kulia.

Uwezo wa vimelea unaosababishwa na pembe ya kulia ya laini ya upitishaji inaweza kuhesabiwa kwa fomula ifuatayo ya majaribio:

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

Katika fomula iliyo hapo juu, C inarejelea uwezo sawa wa kona (kitengo: pF), W inarejelea upana wa ufuatiliaji (kitengo: inchi), εr inarejelea usawa wa dielectric wa kati, na Z0 ni kizuizi cha tabia. ya njia ya maambukizi. Kwa mfano, kwa laini ya upitishaji ya 4Mils 50 ohm (εr ni 4.3), uwezo unaoletwa na pembe ya kulia ni takriban 0.0101pF, na kisha mabadiliko ya wakati wa kupanda yanayosababishwa na hii yanaweza kukadiriwa:

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

Inaweza kuonekana kupitia hesabu kwamba athari ya uwezo inayoletwa na ufuatiliaji wa pembe ya kulia ni ndogo sana.

Kadiri upana wa mstari wa ufuatiliaji wa pembe ya kulia unavyoongezeka, kizuizi huko kitapungua, hivyo jambo fulani la kutafakari ishara litatokea. Tunaweza kuhesabu kizuizi sawa baada ya upana wa mstari kuongezeka kulingana na fomula ya hesabu ya kizuizi iliyotajwa katika sura ya mstari wa upitishaji, na kisha Kuhesabu mgawo wa uakisi kulingana na fomula ya majaribio:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Kwa ujumla, mabadiliko ya kizuizi yanayosababishwa na wiring ya pembe ya kulia ni kati ya 7% -20%, kwa hivyo mgawo wa juu wa kuakisi ni karibu 0.1. Zaidi ya hayo, inavyoweza kuonekana kutoka kwa takwimu hapa chini, impedance ya mstari wa maambukizi inabadilika hadi kiwango cha chini ndani ya urefu wa mstari wa W / 2, na kisha inarudi kwenye impedance ya kawaida baada ya muda wa W/2. Muda wote wa mabadiliko ya impedance ni mfupi sana, mara nyingi ndani ya 10ps. Ndani, mabadiliko hayo ya haraka na madogo ni karibu kupuuza kwa upitishaji wa ishara ya jumla.

Watu wengi wana ufahamu huu wa wiring wa pembe-kulia. Wanafikiri kwamba ncha ni rahisi kusambaza au kupokea mawimbi ya sumakuumeme na kuzalisha EMI. Hii imekuwa moja ya sababu kwa nini watu wengi wanafikiri kwamba wiring-angle-angle haiwezi kupitishwa. Walakini, matokeo mengi halisi ya majaribio yanaonyesha kuwa ufuatiliaji wa pembe kulia hautatoa EMI dhahiri kuliko mistari iliyonyooka. Labda utendaji wa sasa wa chombo na kiwango cha jaribio huzuia usahihi wa jaribio, lakini angalau inaonyesha shida. Mionzi ya wiring ya pembe ya kulia tayari ni ndogo kuliko kosa la kipimo cha chombo yenyewe.

Kwa ujumla, uelekezaji wa pembe ya kulia sio mbaya kama inavyofikiriwa. Angalau katika programu zilizo chini ya GHz, athari zozote kama vile uwezo, uakisi, EMI, n.k. hazionekani sana katika majaribio ya TDR. Wahandisi wa muundo wa PCB wa kasi ya juu bado wanapaswa kuzingatia mpangilio, muundo wa nguvu/ardhi, na muundo wa nyaya. Kupitia mashimo na vipengele vingine. Bila shaka, ingawa athari ya wiring ya pembe ya kulia si mbaya sana, haimaanishi kuwa sote tunaweza kutumia wiring za pembe ya kulia katika siku zijazo. Kuzingatia kwa undani ni ubora wa msingi ambao kila mhandisi mzuri lazima awe nao. Aidha, pamoja na maendeleo ya haraka ya nyaya za digital, PCB Mzunguko wa ishara iliyosindika na wahandisi utaendelea kuongezeka. Katika uga wa muundo wa RF zaidi ya 10GHz, pembe hizi ndogo za kulia zinaweza kuwa kitovu cha matatizo ya kasi ya juu.

2. Uelekezaji tofauti

Ishara ya tofauti (DifferentialSignal) inatumika zaidi na zaidi katika muundo wa mzunguko wa kasi. Ishara muhimu zaidi katika mzunguko mara nyingi hutengenezwa na muundo tofauti. Ni nini kinachoifanya kuwa maarufu sana? Jinsi ya kuhakikisha utendaji wake mzuri katika muundo wa PCB? Kwa maswali haya mawili, tunaendelea hadi sehemu inayofuata ya mjadala.

What is a differential signal? In layman’s terms, the driving end sends two equal and inverted signals, and the receiving end judges the logic state “0” or “1” by comparing the difference between the two voltages. The pair of traces carrying differential signals is called differential traces.

Ikilinganishwa na athari za kawaida za mawimbi moja, ishara tofauti zina faida dhahiri zaidi katika nyanja tatu zifuatazo:

a. Uwezo mkubwa wa kupambana na kuingiliwa, kwa sababu kuunganisha kati ya athari mbili tofauti ni nzuri sana. Wakati kuna kuingiliwa kwa kelele kutoka nje, wao ni karibu kuunganishwa na mistari miwili kwa wakati mmoja, na mwisho wa kupokea hujali tu kuhusu tofauti kati ya ishara mbili. Kwa hiyo, kelele ya hali ya kawaida ya nje inaweza kufutwa kabisa. b. Inaweza kukandamiza EMI kwa ufanisi. Kwa sababu hiyo hiyo, kutokana na polarity kinyume cha ishara mbili, mashamba ya umeme yaliyotolewa nao yanaweza kufuta kila mmoja. Kadiri muunganisho unavyokuwa mgumu, ndivyo nishati ya sumakuumeme inavyopungua kwa ulimwengu wa nje. c. Msimamo wa muda ni sahihi. Kwa sababu mabadiliko ya kubadili ya ishara ya tofauti iko kwenye makutano ya ishara mbili, tofauti na ishara ya kawaida ya mwisho mmoja, ambayo inategemea voltages ya juu na ya chini ili kuamua, haiathiriwa kidogo na mchakato na joto, ambayo inaweza. kupunguza makosa katika muda. , Lakini pia inafaa zaidi kwa mizunguko ya ishara ya amplitude ya chini. LVDS maarufu ya sasa (lowvoltagedifferentialsignaling) inarejelea teknolojia hii ndogo ya mawimbi ya amplitude.

Kwa wahandisi wa PCB, wasiwasi zaidi ni jinsi ya kuhakikisha kuwa faida hizi za wiring tofauti zinaweza kutumika kikamilifu katika wiring halisi. Labda mtu yeyote ambaye amewasiliana na Mpangilio ataelewa mahitaji ya jumla ya wiring tofauti, yaani, “urefu sawa na umbali sawa”. Urefu sawa ni kuhakikisha kwamba ishara mbili za tofauti zinadumisha polarities kinyume wakati wote na kupunguza sehemu ya mode ya kawaida; umbali sawa ni hasa kuhakikisha kwamba impedances tofauti ya mbili ni thabiti na kupunguza tafakari. “Karibu iwezekanavyo” wakati mwingine ni moja ya mahitaji ya wiring tofauti. Lakini sheria hizi zote hazitumiki kwa kiufundi, na wahandisi wengi wanaonekana bado hawaelewi kiini cha upitishaji wa ishara za tofauti za kasi.

Ifuatayo inaangazia kutoelewana kadhaa kwa kawaida katika muundo wa mawimbi tofauti ya PCB.

Kutoelewana 1: Inaaminika kuwa ishara ya tofauti haihitaji ndege ya chini kama njia ya kurudi, au kwamba athari tofauti hutoa njia ya kurudi kwa kila mmoja. Sababu ya kutokuelewana huku ni kwamba wamechanganyikiwa na matukio ya juu juu, au utaratibu wa upitishaji wa ishara ya kasi ya juu sio wa kutosha. Inaweza kuonekana kutoka kwa muundo wa mwisho wa kupokea wa Mchoro 1-8-15 kwamba mikondo ya emitter ya transistors Q3 na Q4 ni sawa na kinyume, na mikondo yao chini inafuta kila mmoja (I1=0), kwa hivyo mzunguko tofauti ni midundo sawa na ishara zingine za kelele ambazo zinaweza kuwepo kwenye nishati na ndege za ardhini hazijali. Kughairiwa kwa sehemu ya kurudi kwa ndege ya ardhini haimaanishi kuwa mzunguko wa tofauti hautumii ndege ya kumbukumbu kama njia ya kurudi kwa ishara. Kwa kweli, katika uchambuzi wa kurudi kwa ishara, utaratibu wa wiring tofauti na wiring wa kawaida wa kumalizika moja ni sawa, ambayo ni, ishara za masafa ya juu huwa daima Reflow kando ya kitanzi na inductance ndogo, tofauti kubwa zaidi ni kwamba kwa kuongeza. kuunganishwa kwa ardhi, mstari wa kutofautisha pia una uunganisho wa pande zote. Ni aina gani ya kuunganisha ni nguvu, ambayo moja inakuwa njia kuu ya kurudi. Kielelezo 1-8-16 ni mchoro wa mpangilio wa usambazaji wa uwanja wa kijiografia wa ishara za mwisho mmoja na ishara tofauti.

Katika muundo wa mzunguko wa PCB, uunganisho kati ya athari za tofauti kwa ujumla ni ndogo, mara nyingi huhesabu tu 10 hadi 20% ya shahada ya kuunganisha, na zaidi ni kuunganisha chini, hivyo njia kuu ya kurudi ya kuwaeleza tofauti bado ipo chini. ndege. Wakati ndege ya ardhini imekoma, uunganisho kati ya athari tofauti utatoa njia kuu ya kurudi katika eneo bila ndege ya kumbukumbu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1-8-17. Ingawa ushawishi wa kutoendelea kwa ndege ya marejeleo kwenye ufuatiliaji tofauti sio mbaya kama ule wa kawaida wa mwisho mmoja, bado itapunguza ubora wa ishara tofauti na kuongeza EMI, ambayo inapaswa kuepukwa iwezekanavyo. . Baadhi ya wabunifu wanaamini kwamba ndege ya marejeleo iliyo chini ya ufuatiliaji tofauti inaweza kuondolewa ili kukandamiza baadhi ya ishara za hali ya kawaida katika uwasilishaji tofauti. Hata hivyo, mbinu hii haifai kwa nadharia. Jinsi ya kudhibiti impedance? Kutotoa kitanzi cha kizuizi cha ardhini kwa mawimbi ya hali ya kawaida kutasababisha mionzi ya EMI bila shaka. Njia hii inadhuru zaidi kuliko nzuri.

Kutoelewa 2: Inaaminika kuwa kuweka nafasi sawa ni muhimu zaidi kuliko urefu wa mstari unaolingana. Katika mpangilio halisi wa PCB, mara nyingi haiwezekani kukidhi mahitaji ya kubuni tofauti kwa wakati mmoja. Kutokana na kuwepo kwa usambazaji wa pini, vias, na nafasi ya wiring, madhumuni ya kulinganisha urefu wa mstari lazima yafikiwe kwa njia ya vilima sahihi, lakini matokeo lazima yawe kwamba baadhi ya maeneo ya jozi tofauti hayawezi kuwa sambamba. Tunapaswa kufanya nini wakati huu? Chaguo gani? Kabla ya kufanya hitimisho, hebu tuangalie matokeo yafuatayo ya simulation.

Kutoka kwa matokeo ya uigaji hapo juu, inaweza kuonekana kuwa muundo wa wimbi la Mpango wa 1 na Mpango wa 2 ni karibu sanjari, ambayo ni kusema, ushawishi unaosababishwa na nafasi isiyo sawa ni ndogo. Kwa kulinganisha, ushawishi wa kutolingana kwa urefu wa mstari kwenye muda ni mkubwa zaidi. (Mpango 3). Kutoka kwa uchanganuzi wa kinadharia, ingawa nafasi isiyolingana itasababisha kizuizi cha tofauti kubadilika, kwa sababu unganisho kati ya jozi tofauti yenyewe sio muhimu, anuwai ya mabadiliko ya impedance pia ni ndogo sana, kawaida ndani ya 10%, ambayo ni sawa na kupita moja tu. . Kutafakari kunakosababishwa na shimo hakutakuwa na athari kubwa kwa maambukizi ya ishara. Mara tu urefu wa mstari haufanani, pamoja na kukabiliana na muda, vipengele vya hali ya kawaida vinaletwa kwenye ishara ya tofauti, ambayo hupunguza ubora wa ishara na huongeza EMI.

Inaweza kusemwa kuwa sheria muhimu zaidi katika muundo wa athari za tofauti za PCB ni urefu wa mstari unaolingana, na sheria zingine zinaweza kushughulikiwa kwa urahisi kulingana na mahitaji ya muundo na matumizi ya vitendo.

Kutokuelewana 3: Fikiria kuwa wiring tofauti lazima iwe karibu sana. Kuweka athari za kutofautisha karibu sio chochote zaidi ya kuongeza uunganisho wao, ambao hauwezi tu kuboresha kinga dhidi ya kelele, lakini pia kutumia kikamilifu polarity tofauti ya uwanja wa sumaku ili kumaliza kuingiliwa kwa sumakuumeme kwa ulimwengu wa nje. Ingawa njia hii ni ya manufaa sana katika hali nyingi, sio kabisa. Ikiwa tunaweza kuhakikisha kuwa wamekingwa kikamilifu kutokana na kuingiliwa kwa nje, basi hatuhitaji kutumia kuunganisha kwa nguvu ili kufikia kupinga kuingiliwa. Na madhumuni ya kukandamiza EMI. Tunawezaje kuhakikisha kutengwa vizuri na kulinda athari tofauti? Kuongeza nafasi na athari nyingine za mawimbi ni mojawapo ya njia za kimsingi. Nishati ya uwanja wa sumakuumeme hupungua kwa mraba wa umbali. Kwa ujumla, wakati nafasi ya mstari inazidi mara 4 ya upana wa mstari, mwingiliano kati yao ni dhaifu sana. Inaweza kupuuzwa. Kwa kuongeza, kutengwa na ndege ya chini pia inaweza kuwa na jukumu nzuri la ngao. Muundo huu mara nyingi hutumiwa katika muundo wa PCB wa kifurushi cha IC (zaidi ya 10G). Inaitwa muundo wa CPW, ambayo inaweza kuhakikisha impedance kali ya tofauti. Udhibiti (2Z0), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1-8-19.

Ufuatiliaji tofauti unaweza pia kukimbia katika safu tofauti za ishara, lakini njia hii kwa ujumla haipendekezi, kwa sababu tofauti za impedance na vias zinazozalishwa na tabaka tofauti zitaharibu athari za maambukizi ya mode tofauti na kuanzisha kelele ya kawaida ya mode. Kwa kuongezea, ikiwa tabaka mbili za karibu hazijaunganishwa sana, itapunguza uwezo wa athari ya kutofautisha kupinga kelele, lakini ikiwa unaweza kudumisha umbali mzuri kutoka kwa athari zinazozunguka, crosstalk sio shida. Kwa masafa ya jumla (chini ya GHz), EMI haitakuwa shida kubwa. Majaribio yameonyesha kuwa kupunguzwa kwa nishati ya mionzi kwa umbali wa mil 500 kutoka kwa athari tofauti imefikia 60 dB kwa umbali wa mita 3, ambayo inatosha kufikia kiwango cha mionzi ya umeme ya FCC, hivyo Mbuni hawana wasiwasi pia. mengi kuhusu kutopatana kwa sumakuumeme kunakosababishwa na upatanishi usiotosha wa laini tofauti.

3. Mstari wa nyoka

Mstari wa nyoka ni aina ya njia ya uelekezaji inayotumiwa mara nyingi katika Mpangilio. Kusudi lake kuu ni kurekebisha ucheleweshaji ili kukidhi mahitaji ya muundo wa wakati wa mfumo. Muumbaji lazima kwanza awe na ufahamu huu: mstari wa nyoka utaharibu ubora wa ishara, kubadilisha ucheleweshaji wa maambukizi, na jaribu kuepuka kuitumia wakati wa kuunganisha. Hata hivyo, katika kubuni halisi, ili kuhakikisha kwamba ishara ina muda wa kutosha wa kushikilia, au kupunguza muda wa kukabiliana kati ya kundi moja la ishara, mara nyingi ni muhimu kupunja waya kwa makusudi.

Kwa hivyo, mstari wa nyoka una athari gani kwenye upitishaji wa ishara? Ninapaswa kuzingatia nini wakati wa kuweka waya? Vigezo viwili muhimu zaidi ni urefu wa kuunganisha (Lp) na umbali wa kuunganisha (S), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1-8-21. Kwa wazi, wakati ishara inapitishwa kwenye ufuatiliaji wa nyoka, sehemu za mstari sambamba zitaunganishwa katika hali ya kutofautisha. ndogo S na kubwa Lp, zaidi ya kiwango cha kuunganisha. Inaweza kusababisha ucheleweshaji wa uwasilishaji kupunguzwa, na ubora wa mawimbi hupunguzwa sana kwa sababu ya mazungumzo tofauti. Utaratibu unaweza kurejelea uchanganuzi wa hali ya kawaida na mazungumzo ya hali tofauti katika Sura ya 3.

Yafuatayo ni baadhi ya mapendekezo kwa wahandisi wa Mipangilio wakati wa kushughulika na mistari ya nyoka:

1. Jaribu kuongeza umbali (S) wa makundi ya mstari sambamba, angalau zaidi ya 3H, H inahusu umbali kutoka kwa ufuatiliaji wa ishara hadi ndege ya kumbukumbu. Kwa maneno ya watu wa kawaida, ni kuzunguka bend kubwa. Mradi S ni kubwa vya kutosha, athari ya kuheshimiana inaweza kuepukwa kabisa. 2. Punguza urefu wa kuunganisha Lp. Wakati ucheleweshaji wa Lp maradufu unakaribia au kuzidi wakati wa kuongezeka kwa mawimbi, mazungumzo yanayotolewa yatafikia kueneza. 3. Ucheleweshaji wa uwasilishaji wa mawimbi unaosababishwa na laini ya nyoka ya Ukanda-Mstari au Ukanda mdogo wa Embedded ni chini ya ule wa Ukanda wa Micro. Kinadharia, laini ya mstari haitaathiri kasi ya upokezaji kutokana na mseto wa hali tofauti. 4. Kwa mistari ya ishara ya kasi ya juu na wale walio na mahitaji kali ya muda, jaribu kutumia mistari ya nyoka, hasa katika maeneo madogo. 5. Mara nyingi unaweza kutumia alama za nyoka kwa pembe yoyote, kama vile muundo wa C kwenye Mchoro 1-8-20, ambayo inaweza kupunguza kwa ufanisi uunganishaji wa pande zote. 6. Katika muundo wa PCB wa kasi ya juu, mstari wa nyoka hauna kinachojulikana kuchuja au uwezo wa kupambana na kuingiliwa, na inaweza tu kupunguza ubora wa ishara, kwa hiyo hutumiwa tu kwa kulinganisha wakati na haina madhumuni mengine. 7. Wakati mwingine unaweza kufikiria ond routing kwa vilima. Uigaji unaonyesha kuwa athari yake ni bora kuliko njia ya kawaida ya nyoka.