Макет – одна з найосновніших навичок роботи Дизайн друкованої плати інженер. Якість проводки безпосередньо вплине на продуктивність усієї системи, більшість теорії швидкісного проектування має бути остаточно реалізовано та перевірено компанією Layout, тому можна побачити, що проводка має вирішальне значення для проектування високошвидкісної друкованої плати. Нижче наведено врахування того, що електропроводка може зіткнутися з деякими ситуаціями, аналіз її раціональності та надати деяку більш оптимізовану стратегію маршрутизації. В основному від прямої кутової лінії, лінії відмінності, зміїної лінії і так далі три аспекти для детального опрацювання.

1. Прямокутна лінія руху

Прямокутна проводка, як правило, потрібна, щоб уникнути ситуації з проводкою на друкованій платі, і майже стала одним із стандартів вимірювання якості електропроводки, тому наскільки сильно прямокутна проводка вплине на передачу сигналу? В принципі, прямокутна проводка змінить ширину лінії передачі, що призведе до розриву імпедансу. Насправді, не тільки лінія прямого кута, тонна кута, гостра лінія кута можуть викликати зміни імпедансу.

Вплив прямокутного вирівнювання на сигнал в основному відображається у трьох аспектах: по-перше, кут може бути еквівалентний ємнісному навантаженню на лінії передачі, уповільнюючи час зростання; По -друге, розрив імпедансу спричинить відображення сигналу; По -третє, електромагнітні електромагнітні випромінювання, створені за допомогою наконечника під прямим кутом.

Паразитну ємність, викликану прямим кутом лінії передачі, можна обчислити за такою емпіричною формулою:

C = 61 Вт (Er) 1/2/Z0

У наведеній вище формулі C відноситься до еквівалентної ємності на куті (pF), W – до ширини лінії (дюйм), ε R – до діелектричної проникності середовища, а Z0 – до характерного опору передачі лінія. Наприклад, для лінії передачі 4 Ом 50 Ом (εr 4.3) ємність прямого кута становить приблизно 0.0101 пФ, а коливання часу зростання можна оцінити:

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

З розрахунку видно, що ефект ємності, який викликає прямокутна проводка, надзвичайно малий.

Зі збільшенням ширини лінії прямокутної лінії опір у цій точці зменшиться, тому виникне певне явище відображення сигналу. Ми можемо обчислити еквівалентний опір після збільшення ширини лінії відповідно до формули розрахунку імпедансу, зазначеної у розділі ліній передачі, а потім обчислити коефіцієнт відбиття за емпіричною формулою: ρ = (Zs-Z0)/(Zs+Z0), загальна прямокутна проводка призводить до зміни імпедансу між 7%-20%, тому максимальний коефіцієнт відбиття становить приблизно 0.1. Крім того, як видно з малюнка нижче, опір лінії передачі змінюється до мінімуму в межах довжини лінії W/2, а потім відновлюється до нормального імпедансу через час W/2. Час для зміни всього імпедансу дуже короткий, зазвичай у межах 10 секунд. Така швидка і невелика зміна практично незначна для загальної передачі сигналу.

Багато людей мають таке розуміння прямокутної маршрутизації, вважаючи, що наконечник легко випромінювати або приймати електромагнітні хвилі та виробляти ЕМП, що стало однією з причин, чому багато людей вважають, що прямокутна маршрутизація неможлива. Однак багато практичних результатів випробувань показують, що прямокутна лінія не виробляє більше ЕМІ, ніж пряма. Можливо, поточні характеристики приладу та рівень випробувань обмежують точність випробування, але принаймні це показує, що випромінювання прямокутної лінії менше, ніж похибка вимірювання самого приладу. Загалом, вирівнювання під прямим кутом не таке страшне, як може здатися. Принаймні в додатках нижче ГГц будь -які ефекти, такі як ємність, відбиття, EMI тощо, майже не відображаються у тестах TDR. Інженер-конструктор високошвидкісної друкованої плати повинен зосередитися на компонуванні, дизайні живлення/заземлення, дизайні електропроводки, перфорації тощо. Хоча, звичайно, наслідки прямокутної лінії руху не надто серйозні, але це не означає, що ми можемо йти прямокутною лінією, увага до деталей є найважливішою якістю кожного хорошого інженера, а з швидким розвитком цифрових схем , Інженери з друкованої плати обробку частоти сигналу також будуть продовжувати вдосконалювати, до більш ніж 10 ГГц радіочастотного поля, Ці маленькі прямі кути можуть стати центром проблем швидкості.

2. Різниця в

Диференціальний сигнал широко використовується в конструкції швидкісних схем. Найважливішим сигналом у схемі є конструкція диференціального сигналу. Як забезпечити його хороші показники в конструкції друкованої плати? Маючи на увазі ці два питання, ми переходимо до наступної частини нашої дискусії.

Що таке диференціальний сигнал? На звичайній англійській мові драйвер надсилає два еквівалентні та інвертуючі сигнали, і приймач порівнює різницю між двома напругами, щоб визначити, логічний стан “0” чи “1”. Пара проводів, що несуть диференціальні сигнали, називається диференціальними.

У порівнянні зі звичайною односторонньою маршрутизацією сигналу, диференціальний сигнал має найбільш очевидні переваги в трьох наступних аспектах:

А. Сильна здатність до перешкод, оскільки зв’язок між двома диференціальними лініями дуже хороший, коли виникають шумові перешкоди, вони майже з’єднані з двома лініями одночасно, і приймач дбає лише про різницю між двома сигналами, тому зовнішній загальномодовий шум може бути повністю скасований.

B. Він може ефективно придушувати EMI. Так само, оскільки два сигнали мають протилежну полярність, випромінюване ними електромагнітне поле може скасовувати один одного. Чим ближче з’єднання, тим менше електромагнітної енергії виділяється у зовнішній світ.

C. Позиціонування часу є точним. Оскільки зміна перемикання диференціальних сигналів розташована на перетині двох сигналів, на відміну від звичайних односторонніх сигналів, які оцінюються за високою та низькою пороговими напругами, на них менше впливає процес та температура, що може зменшити помилки синхронізації та є більш підходящим для схем з низькою амплітудою сигналів. LVDS (диференціальна сигналізація низької напруги) відноситься до цієї технології диференціального сигналу невеликої амплітуди.

Для інженерів з друкованих плат найважливішим питанням є те, як забезпечити, щоб ці переваги диференціальної маршрутизації могли бути повністю використані у фактичній маршрутизації. Можливо, поки він контактує з Layout, люди розумітимуть загальні вимоги диференціальної маршрутизації, тобто “однакова довжина, однакова відстань”. Ізометричний має гарантувати, що два диференціальних сигналу завжди підтримують протилежну полярність, зменшують компонент загального режиму; Ізометричні в основному забезпечують однаковий диференціальний опір, зменшують відображення. Іноді одна з вимог до диференціальної маршрутизації – “якомога ближче”. Але жодне з цих правил не призначене для механічного застосування, і багато інженерів, здається, не розуміють природи високошвидкісної диференціальної сигналізації. Нижче зосереджено увагу на кількох поширених помилках при проектуванні диференціальних сигналів на друкованій платі.

Помилка 1: Диференціальним сигналам не потрібна площина заземлення як шлях зворотного потоку, або вважайте, що диференціальні лінії забезпечують шлях зворотного потоку один для одного. Причину цього непорозуміння плутає поверхневе явище, або механізм швидкісної передачі сигналу недостатньо глибокий. Як видно зі структури приймального кінця на фіг. 1-8-15, струми випромінювача транзисторів Q3 і Q4 еквівалентні і протилежні, а їх струм на переході точно скасовує один одного (I1 = 0). Тому диференціальна схема нечутлива до подібних наземних снарядів та інших шумових сигналів, які можуть існувати в блоці живлення та площині заземлення. Часткове скасування зворотного потоку площини заземлення не означає, що диференціальна схема не приймає площину відліку як шлях повернення сигналу. Фактично, при аналізі зворотного потоку сигналу механізм диференціальної маршрутизації такий самий, як у звичайної односторонньої маршрутизації, а саме

Частотний сигнал завжди тече назад по ланцюгу з найменшою індуктивністю. Найбільша відмінність полягає в тому, що різницева лінія має не тільки зчеплення з землею, але і зчеплення між собою. Міцна муфта стає основним шляхом зворотного потоку.

У конструкції схеми друкованої плати зв’язок між диференціальною проводкою, як правило, невеликий, зазвичай становить лише 10 ~ 20% ступеня з’єднання, і більшість зчеплення лежить на землі, тому основний шлях зворотного потоку диференціальної проводки все ще існує в землі літак. У разі розриву в локальній площині зв’язок між диференціальними маршрутами забезпечує основний шлях зворотного потоку в області без опорної площини, як показано на фіг. 1-8-17. Хоча вплив розриву опорної площини на диференціальну проводку не такий серйозний, як у звичайної односторонньої проводки, це все одно знизить якість диференціального сигналу та збільшить ЕМІ, чого слід уникати, наскільки це можливо. Деякі дизайнери вважають, що опорну площину лінії диференціальної передачі можна видалити, щоб придушити частину сигналу загального режиму в диференціальній передачі, але теоретично такий підхід не бажаний. Як контролювати опір? Без забезпечення контуру опору землі для сигналу загального режиму випромінювання ЕМІ неминуче буде викликано, що принесе більше шкоди, ніж користі.

Міф 2: Дотримання рівного інтервалу важливіше, ніж відповідність довжині рядка. У фактичній проводці друкованої плати вона часто не може задовольнити вимоги диференціальної конструкції. Через розподіл штифтів, отворів та простору проводки та інших факторів необхідно досягти мети узгодження довжини лінії за допомогою відповідної обмотки, але результат неминуче є частиною різницевої пари, яка не може бути паралельною, на даний момент, як вибирати? Перш ніж перейти до висновків, давайте поглянемо на наступні результати моделювання. З наведених вище результатів моделювання видно, що форми хвилі схеми 1 та схеми 2 майже збігаються, тобто вплив нерівних інтервалів мінімальний, а вплив невідповідності довжини лінії значно більший на послідовність синхронізації (схема 3) . З точки зору теоретичного аналізу, хоча непослідовний інтервал призведе до зміни різниці імпедансу, але оскільки зв’язок між самою різницевою парою не є значним, то діапазон змін імпедансу також дуже малий, зазвичай у межах 10%, тільки еквівалентний до відбиття, спричиненого діркою, що не завдасть значного впливу на передачу сигналу. Після того, як довжина лінії не узгоджується, на додаток до зміщення послідовності часу, до диференціального сигналу вводяться компоненти загального режиму, що знижує якість сигналу та збільшує EMI.

Можна сказати, що найважливішим правилом у конструкції диференціальної проводки на друкованій платі є відповідність довжині лінії, а інші правила можна гнучко обробляти відповідно до вимог до проектування та практичних застосувань.

Помилка третя: думайте, що лінія відмінності повинна спиратися дуже близько. Суть утримування різницевих ліній близько один до одного – це не що інше, як збільшення їх зв’язку, як для підвищення їх стійкості до шуму, так і для використання протилежної полярності магнітного поля для усунення електромагнітних перешкод із зовнішнього світу. Хоча цей підхід у більшості випадків є дуже сприятливим, він не є абсолютним. Якщо вони можуть бути повністю захищені від зовнішніх втручань, то нам більше не потрібно досягати мети запобігання та придушення електромагнітних випромінювань шляхом міцного зв’язування один з одним. Як забезпечити хорошу ізоляцію та екранування диференціальної маршрутизації? Збільшення відстані між лініями та іншими сигналами – один з найпростіших способів. Енергія електромагнітного поля зменшується з квадратним відношенням відстані. Як правило, коли відстань між лініями більше ніж у 4 рази перевищує ширину лінії, перешкоди між ними надзвичайно слабкі і їх можна в основному ігнорувати. Крім того, ізоляція через площину заземлення також може забезпечити хороший захисний ефект. Ця структура часто використовується у конструкціях друкованих плат з високочастотними (вище 10G) IC, відомих як структура CPW, для забезпечення суворого контролю диференціального опору (2Z0), мал. 1-8-19.

Диференціальну маршрутизацію також можна проводити в різних шарах сигналу, але це, як правило, не рекомендується, оскільки такі відмінності, як імпеданс та наскрізні отвори в різних шарах, можуть знищити ефект передачі диференціального режиму та ввести загальний режим шуму. Крім того, якщо два сусідні шари не тісно пов’язані між собою, здатність диференціальної маршрутизації протистояти шуму зменшиться, але перехресні перешкоди не є проблемою, якщо між довколами маршрутизації підтримується належний інтервал. Загалом частота (нижче ГГц) EMI не буде серйозною проблемою. Експерименти показують, що ослаблення енергії випромінювання на диференціальних лініях на відстані 500 миль понад 3 метри досягло 60 дБ, що достатньо для задоволення стандарту ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО випромінювання FCC. Тому дизайнерам не потрібно занадто турбуватися про електромагнітну несумісність, викликану недостатнім зв’язком диференціальних ліній.

3. змійовик

У макеті часто використовується серпантинова лінія. Його основне призначення – відрегулювати час затримки та відповідати вимогам проектування системних термінів. Дизайнери повинні спочатку зрозуміти, що змієподібний провід знищить якість сигналу, змінить затримку передачі, і його слід уникати під час підключення електропроводки. Однак, на практиці, щоб забезпечити достатній час утримання сигналів або зменшити зсув часу між однією і тією ж групою сигналів, обмотку слід навмисно проводити.

Отже, що робить серпантин для передачі сигналу? На що слід звернути увагу, проходячи лінію? Два найважливіших параметра – це довжина паралельного з’єднання (Lp) і відстань зв’язку (S), як показано на фіг. 1-8-21. Очевидно, що коли сигнал передається по змієподібній лінії, між паралельними відрізками лінії буде взаємодія у вигляді режиму різниці. Чим менше S, тим більше Lp, і більшим буде ступінь зв’язку. Це може призвести до зменшення затримок передачі та значного зниження якості сигналу через перехресні перешкоди, як описано в главі 3 для аналізу перехресних перешкод загального режиму та диференціального режиму.

Ось кілька порад інженерам -макетам при роботі зі серпантинами:

1. Спробуйте збільшити відстань (S) відрізка паралельної лінії, яка принаймні перевищує 3Н. H відноситься до відстані від лінії сигналу до площини відліку. Взагалі кажучи, треба взяти велику криву. Поки S достатньо великий, ефект зчеплення можна майже повністю уникнути.

2. Коли довжину зв’язку Lp зменшується, перехресні перешкоди досягають насичення, коли затримка Lp в два рази наближається або перевищує час зростання сигналу.

3. Затримка передачі сигналу, викликана змієподібною лінією смугової лінії або вбудованою мікросмугою, менша, ніж у мікросмуги. Теоретично стрічкова лінія не впливає на швидкість передачі через перехресні перешкоди в диференціальному режимі.

4. Для високошвидкісних і сигнальних ліній зі строгими вимогами щодо термінів намагайтеся не ходити по змієподібних лініях, особливо на невеликій території.

5. Серпантинова маршрутизація під будь -яким кутом часто може бути прийнята. Структура С на фіг. 1-8-20 може ефективно зменшити зв’язок між собою.

6. У високошвидкісному дизайні друкованої плати серпантин не має так званої фільтруючої чи антиперешкодної здатності, і може лише знизити якість сигналу, тому він використовується лише для узгодження синхронізації і не має ніякої іншої мети.

7. Іноді можна розглянути спіральну обмотку. Моделювання показує, що його ефект краще, ніж у звичайної серпантинової обмотки.