Зі збільшенням швидкості перемикання виходу інтегральної схеми і Друкованої плати density, Signal Integrity has become one of the issues that must be concerned in high-speed digital PCB design. The parameters of components and PCB board, the layout of components on PCB board, the wiring of high-speed Signal line and other factors, Can cause problems with signal integrity.

For PCB layouts, signal integrity requires a board layout that does not affect signal timing or voltage, while for circuit wiring, signal integrity requires termination elements, layout strategies, and wiring information. Висока швидкість сигналу на друкованій платі, неправильне розміщення кінцевих компонентів або неправильна розводка високошвидкісних сигналів можуть спричинити проблеми з цілісністю сигналу, що може спричинити виведення неправильних даних системою, некоректну роботу схеми або її взагалі не працювати. Як повністю врахувати цілісність сигналу та вжити ефективних заходів контролю при розробці друкованих плат, стало гарячою темою в галузі проектування друкованих плат.

Signal integrity Problem Good signal integrity means that the signal can respond with the correct timing and voltage level values when required. І навпаки, коли сигнал не реагує належним чином, виникає проблема цілісності сигналу. Проблеми з цілісністю сигналу можуть призвести до або безпосередньо призвести до спотворення сигналу, помилок синхронізації, неправильних даних, адрес та ліній управління, а також неправильної роботи системи або навіть аварійного завершення роботи системи. У процесі проектування друкованих плат люди накопичили багато правил проектування друкованих плат. У конструкції друкованої плати цілісність сигналу друкованої плати може бути краще досягнута шляхом ретельного звернення до цих правил проектування.

Розробляючи друковану плату, ми повинні спочатку зрозуміти проектну інформацію всієї плати, яка в основному включає:

1. The number of devices, device size, device package, chip rate, whether PCB is divided into low speed, medium speed and high speed area, which is the interface input and output area;

2. The overall layout requirements, device layout location, whether there is a high power device, chip device heat dissipation special requirements;

3. Тип сигнальної лінії, швидкість і напрямок передачі, вимоги до контролю опору сигнальної лінії, напрямок швидкості шини та дорожня ситуація, ключові сигнали та заходи захисту;

4. Тип джерела живлення, тип заземлення, вимоги до шумів для живлення та заземлення, налаштування та сегментація джерела живлення та площини заземлення;

5. Типи та швидкості тактових ліній, джерело та напрямок тактових ліній, вимоги до тактової затримки, вимоги до найдовшої лінії.

Багатошаровий дизайн друкованої плати

Після розуміння основної інформації про друковану плату необхідно зважити вимоги до конструкції, вартість друкованої плати та цілісність сигналу, а також вибрати розумну кількість шарів проводки. At present, the circuit board has gradually developed from single layer, double layer and four layer to more multi-layer circuit board. Multi-layer PCB design can improve the reference surface of signal routing and provide backflow path for signal, which is the main measure to achieve good signal integrity. When designing PCB layering, follow the following rules:

1. Базовою площиною переважно повинна бути площина заземлення. Як джерело живлення, так і площину заземлення можна використовувати як опорну площину, і обидва мають певну функцію екранування. Однак екрануючий ефект площини джерела живлення набагато нижчий, ніж заземлення через її більш високий характеристичний опір і більшу різницю потенціалів між площиною джерела живлення та еталонним рівнем землі.

2. Digital circuit and analog circuit are layered. Там, де дозволяють витрати на проектування, найкраще розташувати цифрові та аналогові схеми на окремих шарах. If must want to arrange in same wiring layer, can use ditch, add earthing line, the method such as dividing line to remedy. Аналогове та цифрове живлення та заземлення повинні бути розділені, ніколи не змішуватися.

3. Маршрутизація ключового сигналу сусідніх шарів не перетинає область сегментації. Сигнали будуть формувати велику петлю сигналу по всьому регіону і генерувати сильне випромінювання. If the signal cable must cross the area when the ground cable is divided, a single point can be connected between the ground to form a connection bridge between the two ground points, and then the cable can be routed through the connection bridge.

4. Під поверхнею компонента має бути відносно повна площина заземлення. Цілісність площини заземлення повинна бути максимально збережена для багатошарової плити. У площині землі зазвичай не допускається проходження сигнальних ліній.

5, високочастотні, високошвидкісні, годинникові та інші ключові сигнальні лінії повинні мати сусідню площину заземлення. In this way, the distance between signal line and ground line is only the distance between PCB layers, so the actual current always flows in the ground line directly below the signal line, forming the smallest signal loop area and reducing radiation.

How to design the signal of integrity PCB

PCB layout design

Ключ до дизайну цілісності сигналу друкованої плати – це компонування та розводка, що безпосередньо пов’язано з продуктивністю друкованої плати. Prior to layout, the PCB size must be determined to meet the function at the lowest possible cost. Якщо друкована плата занадто велика і розподілена, лінія передачі може бути дуже довгою, що призведе до збільшення імпедансу, зниження шумостійкості та збільшення вартості. Якщо компоненти розміщені разом, тепловіддача погана, і в сусідній проводці можуть виникнути перехресні перешкоди. Таким чином, макет повинен базуватися на функціональних одиницях схеми, враховуючи електромагнітну сумісність, тепловіддачу та фактори інтерфейсу.

Під час компонування друкованої плати зі змішаними цифровими та аналоговими сигналами не змішуйте цифрові та аналогові сигнали. Якщо аналоговий і цифровий сигнали необхідно змішувати, переконайтеся, що лінія розміщена вертикально, щоб зменшити ефект перехресного зв’язку. Цифровий ланцюг, аналоговий ланцюг і ланцюг, що генерує шум на друкованій платі, повинні бути розділені, а чутливий ланцюг повинен бути розправлений першим, а шлях зв’язку між схемами повинен бути усунений. Зокрема, враховуйте лінії тактування, скидання та переривання, не розташовуйте ці лінії паралельно з лініями перемикання високого струму, інакше їх легко пошкодити сигнали електромагнітного зв’язку, що призведе до несподіваного скидання або переривання. The overall layout should follow the following principles:

1. Розмітка функціонального розділу, аналогової схеми та цифрової схеми на друкованій платі повинні мати різне просторове розташування.

2. Відповідно до процесу сигналу схеми розташувати функціональні блоки схеми, щоб потік сигналу підтримував той самий напрямок.

3. Take the core components of each functional circuit unit as the center, and other components are arranged around it.

4. Shorten the connection between high-frequency components as much as possible and try to reduce their distribution parameters.

5. Компоненти, які легко порушуються, не повинні бути занадто близько один до одного, вхідні та вихідні компоненти повинні бути далеко.

How to design the signal of integrity PCB

Дизайн електропроводки на друкованій платі

Усі сигнальні лінії слід класифікувати перед підключенням друкованої плати. First of all, clock line, sensitive signal line, and then high-speed signal line, in order to ensure that this kind of signal through the hole is enough, distribution parameters of good characteristics, and then general unimportant signal line.

Incompatible signal lines should be far away from each other and do not parallel wiring, such as digital and analog, high speed and low speed, high current and small current, high voltage and low voltage. Сигнальні кабелі на різних шарах повинні бути прокладені вертикально один до одного, щоб зменшити перехресні перешкоди. Розташування сигнальних ліній найкраще розташувати відповідно до напрямку потоку сигналу. Лінія вихідного сигналу схеми не повинна повертатися назад до області лінії вхідного сигналу. High-speed signal lines should be kept as short as possible to avoid interfering with other signal lines. На подвійній панелі при необхідності можна додати ізоляційний заземлювальний провід по обидва боки високошвидкісної сигнальної лінії. Усі швидкісні лінії годинника на багатошаровій платі повинні бути екрановані відповідно до довжини ліній годинника.

Загальні принципи монтажу електропроводки такі:

1. Наскільки це можливо, виберіть конструкцію проводів з низькою щільністю та сигнальну проводку, наскільки це можливо, по товщині, що сприяє узгодженню імпедансу. Для радіочастотної схеми необґрунтована конструкція напрямку лінії сигналу, ширини та міжрядкового інтервалу може спричинити перехресні перешкоди між лініями передачі сигналу.

2. Наскільки це можливо, уникайте сусідніх вхідних і вихідних проводів і міжміських паралельних проводів. Щоб зменшити перехресні перешкоди паралельних сигнальних ліній, відстань між сигнальними лініями можна збільшити або між сигнальними лініями можна вставити ізоляційні пояси.

3. Ширина лінії на друкованій платі повинна бути рівномірною і не повинно відбуватися мутації ширини лінії. Згин проводки друкованої плати не повинен використовувати кут 90 градусів, слід використовувати дугу або кут 135 градусів, наскільки це можливо, щоб підтримувати безперервність опору лінії.

4. Minimize the area of the current loop. The external radiation intensity of current-carrying circuit is proportional to the current passing through, the loop area and the square of signal frequency. Reducing the current loop area can reduce the ELECTROMAGNETIC interference of PCB.

5. Наскільки можливо зменшити довжину дроту, збільшити ширину дроту, сприяє зниженню імпедансу дроту.

6. Для сигналів управління перемикачами кількість проводів SIGNAL PCB, які одночасно змінюють стан, слід зменшити, наскільки це можливо.