Тарҳ яке аз малакаҳои асосии корӣ барои муҳандисони тарроҳии PCB мебошад. Сифати ноқилҳо бевосита ба кори тамоми система таъсир мерасонад. Аксарияти назарияҳои тарроҳии баландсуръат бояд дар ниҳоят тавассути Layout амалӣ ва тасдиқ карда шаванд. Ин мумкин аст, ки ноқилҳо дар хеле муҳим аст PCB-и баландсуръат тарроҳӣ. Дар зер оқилона будани баъзе ҳолатҳое, ки дар ноқилҳои воқеӣ дучор мешаванд, таҳлил карда мешаванд ва баъзе стратегияҳои масирро оптимизатсия мекунанд.

Он асосан аз се ҷиҳат шарҳ дода мешавад: ноқилҳои кунҷи рост, ноқилҳои дифференсиалӣ ва ноқилҳои серпентинӣ.

1. Масири кунҷи рост

Ноқилҳои кунҷи рост умуман вазъиятест, ки бояд то ҳадди имкон дар ноқилҳои PCB пешгирӣ карда шавад ва он қариб ба яке аз стандартҳои ченкунии сифати ноқилҳо табдил ёфтааст. Пас, ноқилҳои кунҷи рост ба интиқоли сигнал чӣ қадар таъсир хоҳад дошт? Аслан, масири кунҷи рост паҳнои хати хати интиқолро тағир дода, боиси қатъ шудани импеданс мегардад. Дар асл, на танҳо масири кунҷи рост, балки кунҷҳо ва масири кунҷи шадид низ метавонанд боиси тағирёбии импеданс шаванд.

Таъсири масири кунҷи рост ба сигнал асосан дар се ҷиҳат инъикос меёбад:

Яке аз он аст, ки кунҷ метавонад ба сарбории иқтидори хатти интиқол баробар бошад, ки вақти болоравиро суст мекунад; дуюм ин аст, ки қатъшавии импеданс боиси инъикоси сигнал мегардад; сеюм – EMI тавлидшуда аз тарафи нӯги кунҷи рост.

Иқтидори паразитӣ, ки дар натиҷаи кунҷи рости хати интиқол ба вуҷуд омадааст, бо формулаи эмпирикии зерин ҳисоб кардан мумкин аст:

C = 61W (Эр) 1/2/Z0

Дар формулаи дар боло овардашуда C ба иқтидори эквивалентии кунҷ (воҳид: pF), W ба паҳнои пай (воҳид: дюйм), εr ба доимии диэлектрикии муҳити атроф дахл дорад ва Z0 импеданси характеристика мебошад. аз хати интиқоли барқ. Масалан, барои хати интиқоли 4Mils 50 ohm (εr 4.3 аст), иқтидори аз ҷониби кунҷи рост овардашуда тақрибан 0.0101pF аст ва он гоҳ тағирёбии вақти болоравиро, ки дар натиҷаи ин ба вуҷуд омадааст, ҳисоб кардан мумкин аст:

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

Тавассути ҳисоб кардан мумкин аст, ки таъсири иқтидоре, ки аз ҷониби кунҷи рост ба вуҷуд омадааст, хеле хурд аст.

Вақте ки паҳнои хати изи кунҷи рост зиёд мешавад, импеданс дар он ҷо кам мешавад, аз ин рӯ падидаи муайяни инъикоси сигнал ба амал меояд. Мо метавонем импеданси эквивалентиро пас аз зиёд шудани паҳнои хат мувофиқи формулаи ҳисобкунии муқовимати дар боби хати интиқол зикршуда ҳисоб кунем ва пас аз рӯи формулаи эмпирикӣ коэффисиенти инъикосро ҳисоб кунем:

ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

Умуман, тағирёбии импеданс, ки тавассути ноқилҳои кунҷи рост ба вуҷуд омадааст, байни 7% -20% аст, аз ин рӯ коэффисиенти максималии инъикос тақрибан 0.1 аст. Гузашта аз ин, чунон ки аз расми зер дида мешавад, муқовимати хати интиқол дар тӯли дарозии хати W/2 ба ҳадди ақал тағйир меёбад ва пас аз вақти В/2 ба импеданси муқаррарӣ бармегардад. Тамоми вақти тағирёбии импеданс хеле кӯтоҳ аст, аксар вақт дар ҳудуди 10 сония. Дар дохили он, чунин тағироти зуд ва хурд барои интиқоли умумии сигнал қариб ночизанд.

Бисёр одамон ин фаҳмиши ноқилҳои кунҷи рост доранд. Онҳо фикр мекунанд, ки нӯги интиқол ё қабули мавҷҳои электромагнитӣ ва тавлиди EMI осон аст. Ин яке аз сабабҳои он гардид, ки бисёриҳо фикр мекунанд, ки ноқилҳои кунҷи ростро наметавон кашид. Бо вуҷуди ин, бисёре аз натиҷаҳои воқеии санҷиш нишон медиҳанд, ки пайҳои росткунҷа нисбат ба хатҳои рост EMI-и возеҳро ба вуҷуд намеоранд. Эҳтимол, иҷрои дастгоҳ ва сатҳи санҷиш дақиқии санҷишро маҳдуд мекунад, аммо ҳадди аққал он мушкилотро нишон медиҳад. Радиацияи симхои росткунча аллакай аз хатои ченкунии худи асбоб хурдтар аст.

Умуман, масири кунҷи рост он қадар даҳшатнок нест, ки тасаввур карда мешавад. Ҳадди ақал дар барномаҳои зери ГГц ҳама гуна эффектҳо ба монанди зарфият, инъикос, EMI ва ғайра дар санҷиши TDR базӯр инъикос намешаванд. Муҳандисони тарроҳии баландсуръати PCB бояд то ҳол ба тарҳрезӣ, тарроҳии барқ ​​/ замин ва тарроҳии ноқилҳо тамаркуз кунанд. Тавассути сӯрохиҳо ва ҷанбаҳои дигар. Албатта, гарчанде ки таъсири ноқилҳои кунҷи рост чандон ҷиддӣ нест, аммо ин маънои онро надорад, ки мо ҳама метавонем дар оянда сими кунҷи ростро истифода барем. Диққат ба тафсилот ин сифатест, ки ҳар як муҳандиси хуб бояд дошта бошад. Ғайр аз он, бо рушди босуръати схемаҳои рақамӣ, PCB басомади сигнали коркардкардаи муҳандисон афзоиш хоҳад ёфт. Дар соҳаи тарҳрезии RF аз 10 ГГц, ин кунҷҳои рости хурд метавонанд ба маркази мушкилоти баландсуръат табдил ёбанд.

2. Масири дифференсиалӣ

Сигналҳои дифференсиалӣ (DifferentialSignal) дар тарҳрезии схемаи баландсуръат бештар ва бештар истифода мешаванд. Сигналҳои муҳимтарин дар схема аксар вақт бо сохтори дифференсиалӣ тарҳрезӣ мешаванд. Чӣ онро ин қадар маъмул мекунад? Чӣ тавр иҷрои хуби онро дар тарҳрезии PCB таъмин кардан мумкин аст? Бо ин ду савол мо ба қисми навбатии баҳс мегузарем.

Сигнали дифференсиалӣ чист? Ба ибораи оддӣ, охири ронанда ду сигнали баробар ва баръакс мефиристад ва охири қабулкунанда бо муқоисаи фарқияти байни ду шиддат ҳолати мантиқии “0” ё “1” -ро доварӣ мекунад. Ҷуфти пайҳое, ки сигналҳои дифференсиалӣ доранд, пайҳои дифференсиалӣ номида мешаванд.

Дар муқоиса бо нишонаҳои оддии сигналҳои яктарафа, сигналҳои дифференсиалӣ дар се ҷанбаи зерин бартариҳои бештар доранд:

а. Қобилияти қавии зидди дахолат, зеро пайвастшавӣ байни ду пайгирии дифференсиалӣ хеле хуб аст. Вақте ки аз берун дахолати садо ба вуҷуд меояд, онҳо тақрибан ба ду хат дар як вақт пайваст мешаванд ва охири қабулкунанда танҳо ба фарқияти байни ду сигнал аҳамият медиҳад. Аз ин рӯ, садои ҳолати умумии беруна метавонад комилан бекор карда шавад. б. Он метавонад самаранокии EMI-ро пахш кунад. Бо ҳамин сабаб, аз сабаби қутбияти муқобили ду сигнал, майдонҳои электромагнитӣ, ки аз онҳо паҳн мешаванд, метавонанд ҳамдигарро бекор кунанд. Чӣ қадаре ки пайвастшавӣ сахттар бошад, энергияи электромагнитӣ ба ҷаҳони беруна ҳамон қадар камтар интиқол дода мешавад. в. Ҷойгиркунии вақт дуруст аст. Азбаски тағирёбии гузариши сигнали дифференсиалӣ дар чорроҳаи ду сигнал ҷойгир аст, бар хилофи сигнали оддии яктарафа, ки аз шиддати ҳадди баланд ва пасти муайян вобаста аст, ба он раванд ва ҳарорат камтар таъсир мерасонад, ки метавонад кам кардани хатой дар вакт. , Аммо инчунин барои схемаҳои сигнали амплитудаи паст мувофиқтар аст. LVDS-и маъмули ҳозираи дифференсиалии пастсифат ба ин технологияи сигнали дифференсиалии амплитудаи хурд ишора мекунад.

Барои муҳандисони PCB, нигаронии бештари он аст, ки чӣ гуна бояд ин бартариҳои ноқилҳои дифференсиалӣ дар ноқилҳои воқеӣ пурра истифода шаванд. Шояд касе, ки бо Layout дар тамос буд, талаботи умумии ноқилҳои дифференсиалӣ, яъне “дарозии баробар ва масофаи баробар”-ро дарк кунад. Дарозии баробар аз он иборат аст, ки ду сигнали дифференсиалӣ ҳамеша қутбҳои муқобилро нигоҳ доранд ва ҷузъи реҷаи умумиро кам мекунанд; масофаи баробар асосан аз он иборат аст, ки муқовиматҳои дифференсиалии ин ду мувофиқат кунанд ва инъикосҳоро кам кунанд. «То ҳадди имкон наздик» баъзан яке аз талаботҳои ноқилҳои дифференсиалӣ мебошад. Аммо ҳамаи ин қоидаҳо барои ба таври механикӣ татбиқ карда намешаванд ва ба назар мерасад, ки бисёре аз муҳандисон то ҳол моҳияти интиқоли сигнали дифференсиалии баландсуръатро намефаҳманд.

Дар зер ба якчанд нофаҳмиҳои умумӣ дар тарҳрезии сигнали дифференсиалии PCB тамаркуз мекунанд.

Нофаҳмии 1: Гумон меравад, ки сигнали дифференсиалӣ ба ҳавопаймои заминӣ ҳамчун роҳи бозгашт ниёз надорад ё пайраҳои дифференсиалӣ роҳи бозгаштро барои ҳамдигар таъмин мекунанд. Сабаби ин нофахмй дар он аст, ки онхоро ходисахои руякй парешон кардаанд, ё механизми интиқоли сигнали баландсуръат ба қадри кофӣ амиқ нест. Аз сохтори охири ќабулкунандаи расми 1-8-15 дидан мумкин аст, ки љараёнњои эмиттори транзисторњои Q3 ва Q4 баробар ва муќобил буда, љараёнњои онњо дар замин њамдигарро мањз (I1=0) бекор мекунанд, бинобар ин схемаи дифференсиалӣ аст Партобҳои шабеҳ ва дигар сигналҳои садо, ки метавонанд дар ҳавопаймоҳои барқ ​​​​ва замин мавҷуд бошанд, ҳассос нестанд. Қатъи қисман бозгашти ҳавопаймои замин маънои онро надорад, ки схемаи дифференсиалӣ ҳавопаймои истинодро ҳамчун роҳи бозгашти сигнал истифода намекунад. Дар асл, дар таҳлили бозгашти сигнал, механизми ноқилҳои дифференсиалӣ ва ноқилҳои оддии яктарафа якхела аст, яъне сигналҳои басомади баланд ҳамеша дар қад-қади ҳалқа бо хурдтарин индуктивӣ дубора ҷараён мегиранд, фарқияти калон дар он аст, ки ба ғайр аз пайвасткунак ба замин, хатти дифференциалй хам пайвасти мутакобила дорад. Кадом намуди пайвастшавӣ қавӣ аст, кадомаш роҳи асосии бозгашт мегардад. Дар расми 1-8-16 диаграммаи схематикии таксимоти майдони геомагнитии сигналхои яктарафа ва сигналхои дифференсиалй оварда шудааст.

Дар тарҳрезии схемаи PCB, пайвастшавӣ байни пайҳои дифференсиалӣ одатан хурд аст, аксар вақт танҳо аз 10 то 20% дараҷаи пайвастшавиро ташкил медиҳад ва бештар аз он пайвастшавӣ ба замин аст, аз ин рӯ роҳи асосии бозгашти пайгирии дифференсиалӣ то ҳол дар замин мавҷуд аст. ҳавопаймо. Вақте ки ҳавопаймои заминӣ қатъ мешавад, пайвастшавӣ байни пайҳои дифференсиалӣ роҳи асосии бозгаштро дар минтақа бидуни ҳавопаймои истинод таъмин мекунад, тавре ки дар расми 1-8-17 нишон дода шудааст. Гарчанде ки таъсири қатъшавии ҳавопаймои истинод ба пайгирии дифференсиалӣ он қадар ҷиддӣ нест, аммо он ба ҳар ҳол сифати сигнали дифференсиалиро паст мекунад ва EMI-ро зиёд мекунад, ки бояд то ҳадди имкон пешгирӣ карда шавад. . Баъзе тарроҳон боварӣ доранд, ки ҳавопаймои истинод дар зери пайгирии дифференсиалӣ метавонад хориҷ карда шавад, то баъзе сигналҳои ҳолати умумӣ дар интиқоли дифференсиалро пахш кунад. Аммо ин равиш аз ҷиҳати назариявӣ матлуб нест. Импедансро чӣ гуна бояд назорат кард? Таъмин накардани ҳалқаи импеданси заминӣ барои сигнали режими умумӣ ногузир боиси радиатсияи EMI мегардад. Ин равиш бештар аз фоида зарар меорад.

Нофаҳмии 2: Гумон меравад, ки нигоҳ доштани фосилаи баробар аз мувофиқати дарозии сатр муҳимтар аст. Дар тарҳбандии воқеии PCB, аксар вақт дар як вақт қонеъ кардани талаботи тарҳи дифференсиалӣ имконнопазир аст. Аз сабаби мавҷудияти тақсимоти пинҳо, гузаргоҳҳо ва фазои ноқилӣ, ҳадафи мувофиқати дарозии хат бояд тавассути печонидани дуруст ба даст оварда шавад, аммо натиҷа бояд ин бошад, ки баъзе минтақаҳои ҷуфти дифференсиалӣ параллел буда наметавонанд. Дар ин вақт мо бояд чӣ кор кунем? Кадом интихоб? Пеш аз баровардани хулоса, биёед ба натиҷаҳои зерини моделиронӣ назар андозем.

Аз натиҷаҳои моделсозии дар боло овардашуда дида мешавад, ки шаклҳои мавҷҳои Схемаи 1 ва Схемаи 2 тақрибан ба ҳам мувофиқанд, яъне таъсире, ки дар натиҷаи фосилаи нобаробар ба вуҷуд омадааст, хеле кам аст. Дар муқоиса, таъсири номутобиқатии дарозии хат ба вақт хеле бештар аст. (Нақшаи 3). Аз таҳлили назариявӣ, гарчанде ки фосилаи номувофиқӣ боиси тағирёбии муқовимати дифференсиалӣ мегардад, зеро пайвастшавӣ байни ҷуфти дифференсиалӣ худ аҳамият надорад, диапазони тағирёбии импеданс низ хеле хурд аст, одатан дар ҳудуди 10%, ки танҳо ба як гузариш баробар аст . Инъикоси сӯрох ба интиқоли сигнал таъсири ҷиддӣ намерасонад. Вақте ки дарозии хат мувофиқат намекунад, ба ғайр аз ҷуброни вақт, ҷузъҳои режими умумӣ ба сигнали дифференсиалӣ ворид карда мешаванд, ки сифати сигналро паст мекунад ва EMI-ро зиёд мекунад.

Гуфтан мумкин аст, ки муҳимтарин қоида дар тарҳрезии пайҳои дифференсиалии PCB дарозии хати мувофиқ аст ва дигар қоидаҳоро мувофиқи талаботи тарроҳӣ ва барномаҳои амалӣ чандир истифода бурдан мумкин аст.

Нофаҳмии 3: Фикр кунед, ки ноқилҳои дифференсиалӣ бояд хеле наздик бошанд. Наздик нигоҳ доштани пайҳои дифференсиалӣ ҷуз ба баланд бардоштани пайвастагии онҳо чизи дигаре нест, ки на танҳо иммунитетро ба садо беҳтар мекунад, балки инчунин қутби муқобили майдони магнитиро барои ҷуброн кардани дахолати электромагнитӣ ба ҷаҳони беруна пурра истифода мебарад. Гарчанде ки ин равиш дар аксари ҳолатҳо хеле муфид аст, он мутлақ нест. Агар мо кафолат диҳем, ки онҳо аз дахолати беруна комилан муҳофизат карда шаванд, пас ба мо лозим нест, ки пайвастагии қавӣ барои ноил шудан ба зидди дахолат истифода барем. Ва маќсади фурў нишондани EMI. Чӣ тавр мо метавонем изолятсияи хуб ва муҳофизати пайҳои дифференсиалиро таъмин кунем? Баланд бардоштани фосила бо дигар аломатҳои сигнал яке аз роҳҳои асосӣ мебошад. Энергияи майдони электромагнитӣ бо квадрати масофа кам мешавад. Умуман, вақте ки фосилаи сатр аз паҳнои сатр 4 маротиба зиёд мешавад, интерференсияи байни онҳо хеле заиф аст. Нодида гирифтан мумкин аст. Илова бар ин, ҷудошавӣ аз ҷониби ҳавопаймои заминӣ низ метавонад нақши хуби муҳофизаткунанда бозад. Ин сохтор аксар вақт дар тарҳрезии бастаи PCB-и басомади баланд (болотар аз 10G) истифода мешавад. Он сохтори CPW номида мешавад, ки метавонад импеданси қатъии дифференсиалиро таъмин кунад. Назорати (2Z0), тавре ки дар расми 1-8-19 нишон дода шудааст.

Изҳои дифференсиалӣ инчунин метавонанд дар қабатҳои гуногуни сигнал кор кунанд, аммо ин усул одатан тавсия дода намешавад, зеро фарқияти импеданс ва гузаргоҳҳо, ки қабатҳои гуногун тавлид мекунанд, таъсири интиқоли режими дифференсиалиро нест мекунанд ва садои умумии режимро ҷорӣ мекунанд. Илова бар ин, агар ду қабати ҳамсоя зич пайваст нашаванд, он қобилияти изи дифференсиалиро барои муқовимат ба садо коҳиш медиҳад, аммо агар шумо метавонед масофаи дурустро аз пайҳои атроф нигоҳ доред, байниҳамдигарӣ мушкил нест. Дар басомадҳои умумӣ (поён аз ГГц), EMI мушкилоти ҷиддӣ нахоҳад буд. Таҷрибаҳо нишон доданд, ки сустшавии энергияи радиатсия дар масофаи 500 мил аз пайгирии дифференсиалӣ дар масофаи 60 метр ба 3 дБ расидааст, ки барои қонеъ кардани стандарти радиатсияи электромагнитии FCC кифоя аст, бинобар ин конструктор набояд хавотир шавад. дар бораи номувофиқатии электромагнитӣ, ки дар натиҷаи пайвасти нокифояи хатҳои дифференсиалӣ ба вуҷуд омадааст.

3. Хатти серпентинӣ

Хати мор як навъи усули масир аст, ки аксар вақт дар Layout истифода мешавад. Мақсади асосии он танзим кардани таъхир барои қонеъ кардани талаботи тарҳрезии вақтҳои система мебошад. Конструктор бояд пеш аз хама чунин фахмо дошта бошад: хати серпентин сифати сигналро вайрон мекунад, таъхири интиқолро тағир медиҳад ва кӯшиш мекунад, ки ҳангоми васл кардани сим истифода набарад. Бо вуҷуди ин, дар тарҳрезии воқеӣ, барои таъмини он, ки сигнал вақти кофӣ дошта бошад ё барои кам кардани вақти ҷуброн байни як гурӯҳи сигналҳо, аксар вақт дидаву дониста симро печонидани сим лозим аст.

Пас, хати серпентинӣ ба интиқоли сигнал чӣ гуна таъсир мерасонад? Ҳангоми кашидани ноқилҳо ба чӣ диққат додан лозим аст? Ду параметри муҳимтарин дарозии пайвастшавии параллелӣ (Lp) ва масофаи пайвастшавӣ (S) мебошанд, ки дар расми 1-8-21 нишон дода шудааст. Аён аст, ки ҳангоми интиқоли сигнал дар хати серпентин, сегментҳои хати параллелӣ дар ҳолати дифференсиалӣ пайваст карда мешаванд. Чӣ қадаре ки S хурдтар ва Lp калонтар бошад, дараҷаи пайвастшавӣ ҳамон қадар зиёд мешавад. Он метавонад боиси кам шудани таъхири интиқол гардад ва сифати сигнал аз сабаби гуфтугӯи байниҳамдигарӣ хеле паст мешавад. Механизм метавонад ба таҳлили режими умумӣ ва режими дифференсиалии байниҳамдигарӣ дар боби 3 ишора кунад.

Инҳоянд баъзе пешниҳодҳо барои муҳандисони Layout ҳангоми кор бо хатҳои серпентинӣ:

1. Кӯшиш кунед, ки масофаи (S) сегментҳои хатҳои мувозиро, ки ҳадди аққал аз 3H зиёдтар аст, зиёд кунед, H ба масофа аз изи сигнал то ҳавопаймои истинод ишора мекунад. Ба истилоҳи оддӣ, ин як гардиши калон аст. То он даме, ки S ба қадри кофӣ калон аст, таъсири пайвастшавии мутақобила қариб пурра пешгирӣ карда мешавад. 2. Дарозии муфтаро кам кунед Lp. Вақте ки таъхири дукаратаи Lp ба вақти болоравии сигнал наздик мешавад ё аз он зиёд мешавад, байниҳамдигарии тавлидшуда ба қаноатмандӣ мерасад. 3. Таъхири интиқоли сигнал, ки аз хати серпентинии Strip-Line ё Embedded Micro-strip ба вуҷуд омадааст, нисбат ба рахи Micro-стрип камтар аст. Дар назария, хатти хаттӣ ба суръати интиқол аз сабаби мубодилаи режими дифференсиалӣ таъсир намерасонад. 4. Барои хатҳои сигнали баландсуръат ва онҳое, ки талаботи қатъии вақт доранд, кӯшиш кунед, ки хатҳои серпентиниро махсусан дар минтақаҳои хурд истифода набаред. 5. Шумо метавонед аксар вақт пайҳои серпентиниро дар ҳама гуна кунҷ истифода баред, ба монанди сохтори C дар расми 1-8-20, ки метавонад пайвастагии мутақобиларо самаранок коҳиш диҳад. 6. Дар тарҳи баландсуръати PCB, хати серпентинӣ қобилияти ба истилоҳ филтр ё зидди дахолат надорад ва танҳо метавонад сифати сигналро паст кунад, аз ин рӯ он танҳо барои мувофиқати вақт истифода мешавад ва ҳадафи дигар надорад. 7. Баъзан шумо метавонед масири спиралро барои печондан баррасӣ кунед. Симуляция нишон медиҳад, ки таъсири он аз масири муқаррарии серпентин беҳтар аст.