PCB-Neuigkeiten - Ursache und Lösung des Signalintegritätsproblems im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Halbleitertechnologie und Tiefdruck-Mikron-Technologie, Die Schaltgeschwindigkeit des IC hat sich von Dutzenden von M Hz auf Hunderte von M Hz erhöht, und sogar mehrere GHz erreicht. In Hochgeschwindigkeits-PCB Design, Ingenieure stoßen häufig auf Probleme mit der Signalintegrität wie Fehltrigger, gedämpfte Schwingung, Überschuss, Unterschießen und Übersprechen. In diesem Papier, die Ursachen ihrer Entstehung, Berechnungsmethoden und Lösungsansätze mit IBIS Simulationsmethode in Allegro werden diskutiert.

1 Definition der Signalintegrität

Signalintegrität (SI) bezieht sich auf die Qualität von Signalen auf einer Signalleitung. Schlechte Signalintegrität wird nicht durch einen einzigen Faktor verursacht, sondern durch eine Kombination von vielen Faktoren im Board Level Design. Die Ursachen der Signalintegrität

Zerstörung umfasst Reflexion, Klingeln, Ground Bounce, Übersprechen usw. Mit der Zunahme der Signalfrequenz ist die Signalintegrität zum Fokus der Hochgeschwindigkeits-PCB-Ingenieure geworden.

2 die Reflexion

2.1 Reflexionsbildung und Berechnung

Impedanzkonstinuitäten auf der Übertragungsleitung bewirken, dass das Signal reflektiert wird, und wenn die Quelle und die Lastimpedanz nicht übereinstimmen, reflektiert die Last einen Teil der Spannung zurück zur Quelle. Die differentielle Leitungsübertragung hat viele Probleme gelöst.

Was ist ein Differenzsignal? Im Klartext sendet der Treiber zwei äquivalente und invertierende Signale, und der Empfänger vergleicht die Differenz zwischen den beiden Spannungen, um festzustellen, ob der logische Zustand "0" oder "1" ist. Die beiden Leitungen, die das Differenzsignal tragen, werden Differenzlinien genannt. Differentielle Linienimpedanz wie berechnet man? Alle Arten von Differenzsignalimpedanz ist nicht gleich, wie USB D+ D-, Differenzleitungsimpedanz ist 90ohm, 1394 Differenzleitung ist 110ohm, schauen Sie sich zuerst die Spezifikationen oder relevanten Informationen an. Jetzt gibt es viele Impedanzberechnungswerkzeuge, wie Polar SI9000, die Faktoren, die die Differenzimpedanzdrahtbreite, Differenzlinienabstand, dielektrische dielektrische Konstante, dielektrische Dicke (zwischen der Differenzlinie und der Referenzfläche der dielektrischen Dicke) beeinflussen, passen im Allgemeinen den Differenzlinienabstand und die Linienbreite an, um die Differenzimpedanz zu steuern. Bei der Herstellung einer Platte sollten Sie dem Hersteller auch mitteilen, welche Leitungen die Impedanz steuern sollen. Ein Differenzsignal ist eine numerische Darstellung der Differenz zwischen zwei physikalischen Größen. Streng genommen sind alle Spannungssignale differentiell, da eine Spannung nur relativ zu einer anderen Spannung sein kann. In einigen Systemen wird die Systemmasse als Spannungsbezugspunkt verwendet. Wenn Masse als Referenz für die Spannungsmessung verwendet wird, wird diese Signalplanung als einseitig bezeichnet. Wir verwenden diesen Begriff, weil Signale durch Spannung über einen einzelnen Leiter dargestellt werden.

Der Vorteil von Differenzsignalen besteht darin, dass durch die Steuerung der "Referenzspannung" kleine Signale leicht erkannt werden können. In einem bodenbasierten, einzelenden Signalschema hängt der Wert des gemessenen Signals von der Konsistenz des bodenbasierten Systems ab. Je weiter die Quelle und der Empfänger entfernt sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ihre lokalen Spannungswerte abweichen. Der Signalwert, der aus dem Differenzsignal zurückgewonnen wird, ist weitgehend unabhängig vom Wert der Masse, aber innerhalb eines bestimmten Bereichs.

Ein zweiter Vorteil von Differentialsignalen ist, dass sie sehr immun gegen externe elektromagnetische Störungen (EMI) sind. Eine Störquelle beeinflusst jedes Ende eines differenziellen Signalpaares fast gleich stark. Da die PADSLOGIC Spannungsdifferenz in PADS den Signalwert bestimmt, werden identische Interferenzen auf beiden Leitern ignoriert. Zusätzlich zu ihrer geringeren Störempfindlichkeit erzeugen differentielle Signale weniger EMI als single-ended Signale.

Der dritte Vorteil des Differenzsignals ist die Timing-Positionierung. Da sich die Schaltänderung des Differenzsignals an der Kreuzung zweier Signale befindet, im Gegensatz zu gewöhnlichem einseitigem Signal, das vom Urteil der hohen und niedrigen Schwellenspannung abhängt, wird es weniger durch Prozess und Temperatur beeinflusst, was den Zeitfehler verringern kann und für die Schaltung des Signals mit niedriger Amplitude besser geeignet ist. LVDS (Low Voltage Differential Signaling) ist eine beliebte Differenzsignaltechnologie mit geringer Amplitude.

Unterschiede berücksichtigen möglicherweise kein Übersprechen, da ihre Übersprechergebnisse bei der Annahme aufgehoben werden. Darüber hinaus besteht der Unterschied darin, die Linie auszugleichen, parallel ist nur ein Teil der Balance.

Ich denke, die Kopplung von Differenzpaaren sollte erforderlich sein. Für Einzellinienabgleich, obwohl es in der Theorie sehr ausgereift ist, hat die tatsächliche Leiterplattenlinie immer noch etwa 5% Fehler (für ein Material habe ich es nicht selbst gemacht). Eine Differentiallinie hingegen kann als Self-Loop-System betrachtet werden, oder die Signale auf ihren beiden Signalleitungen sind verwandt. Lose Kopplung kann Störungen von verschiedenen Quellen verursachen, und für einige Schnittstellenschaltungen ist die gleiche Länge der Allegro Trainingsdifferenzpaare ein wichtiger Faktor bei der Steuerung der Leitungsverzögerung. Also denke ich, die Differenzlinie sollte eng gekoppelt sein.

Für die meisten Hochgeschwindigkeits-PCBS heute ist die Aufrechterhaltung einer guten Kupplung von Vorteil

Aber ich hoffe, Sie verwechseln Kopplung nicht als notwendige Bedingung für Differenzpaare, die manchmal die Gestaltungsideen einschränkt.

Wenn wir Hochgeschwindigkeitsdesign oder -analyse machen, sollten wir nicht nur wissen, wie die meisten Menschen es tun, sondern auch verstehen, warum andere es tun, und dann auf der Grundlage der Erfahrung anderer Menschen verstehen und verbessern und ständig unser kreatives Ding ausüben. Es wird angenommen, dass differentielle Signale keine Bodenebene als Rücklaufpfad benötigen, oder dass differentielle Linien Rückstrompfad füreinander bieten. Die Ursache dieses Missverständnisses wird durch das Oberflächenphänomen verwirrt, oder der Mechanismus der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung ist nicht tief genug. Differentialschaltungen sind unempfindlich gegenüber ähnlichen Erdprojektilen und anderen Rauschsignalen, die in der Stromversorgung und der Erdungsebene vorhanden sein können. Der Erdungsebene-Offsetteil des Rücklaufs stellt nicht dar, dass ein Differenzkreis nicht als Referenzebene als Signalpfad zurückgegeben wird, tatsächlich auf der Signalflussanalyse ist die Differenzlinie und die gemeinsame einseitige Lauflinie konsistent, der Mechanismus des Hochfrequenzsignals ist immer entlang der Schaltung der Induktivität für Reflow, Die Differenz zwischen Differenzlinie ist außerdem mit dem Boden gekoppelt, es gibt Kopplung untereinander, was stark gekoppelt ist, wird der Hauptrückflusspfad. Im PCB-Schaltungsdesign ist die Kopplung zwischen Differenzverdrahtung im Allgemeinen klein, normalerweise nur 10~20% des Kopplungsgrades berücksichtigt, und der größte Teil der Kopplung ist zur Erde, so dass der Hauptrückflusspfad der Differenzverdrahtung immer noch in der Erdungsebene existiert. Wenn die Diskontinuität der lokalen Ebene auftritt, stellt die Kopplung zwischen der Differenzverdrahtung den Hauptrückflusspfad in dem Bereich ohne Bezugsebene zur Verfügung. Obwohl die Auswirkung der Diskontinuität der Bezugsebene auf die Differenzverdrahtung nicht so schwerwiegend ist wie die gewöhnlicher einseitiger Verdrahtung, wird sie immer noch die Qualität des Differenzsignals verringern und EMI erhöhen, was so weit wie möglich vermieden werden sollte. Einige Designer glauben, dass die Bezugsebene der Linie der Differenzübertragung entfernt werden kann, um einen Teil des Gleichtaktsignals in der Differenzübertragung zu unterdrücken, aber theoretisch ist dieser Ansatz nicht wünschenswert. Wie steuert man die Impedanz? Ohne Erdungsimpedanzschleife für Gleichtaktsignal bereitzustellen, wird EMI-Strahlung verursacht, die mehr Schaden als Nutzen anrichtet.