PCB-Neuigkeiten - Grundlegende Theorie der rechtwinkligen Verdrahtung, Differenzverdrahtung und Serpentinenverdrahtung der Leiterplattenverdrahtung

1. Rechtwinklige Verkabelung

Rechtwinklige Verdrahtung ist im Allgemeinen erforderlich, um die Situation in Leiterplatte Verkabelung, und ist fast zu einem der Standards geworden, um die Qualität der Verkabelung zu messen, also wie viel Einfluss die rechtwinklige Verdrahtung auf die Signalübertragung hat? Grundsätzlich, Die rechtwinklige Verdrahtung ändert die Leitungsbreite der Übertragungsleitung, was zu Impedanzkonstinuität führt. In der Tat, nicht nur rechte Winkellinie, Tonnenwinkel, Akute Winkellinie kann Impedanzänderungen verursachen. Der Einfluss des rechtwinkligen Routings auf Signale spiegelt sich hauptsächlich in drei Aspekten wider.

2. Differenzverkabelung

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. Das Drahtpaar, das Differenzsignale transportiert, wird Differenzdrähte genannt. Verglichen mit gewöhnlichem single-ended Signal Routing hat Differentialsignal die offensichtlichsten Vorteile in den folgenden drei Aspekten:

a. Starke Störfestigkeit, weil die Kopplung zwischen zwei Differenzleitungen sehr gut ist, wenn es Rauschstörungen gibt, sie fast mit zwei Leitungen gleichzeitig gekoppelt sind, und der Empfänger kümmert sich nur um den Unterschied zwischen den beiden Signalen, so dass das externe Gleichtaktrauschen vollständig aufgehoben werden kann.

b. Es kann EMI wirksam unterdrücken. Da zwei Signale gegensätzlicher Polarität sind, kann sich das von ihnen ausgestrahlte elektromagnetische Feld gegenseitig aufheben. Je näher die Kopplung ist, desto weniger elektromagnetische Energie wird nach außen abgegeben.

c. Timing Positionierung ist genau. Da die Schaltänderung von Differenzsignalen am Schnittpunkt von zwei Signalen liegt, im Gegensatz zu herkömmlichen einseitigen Signalen, die durch hohe und niedrige Schwellenspannungen beurteilt werden, wird sie weniger durch Prozess und Temperatur beeinflusst, was Zeitfehler reduzieren kann und besser für Schaltungen mit Signalen mit geringer Amplitude geeignet ist. LVDS (Low Voltage Differential Signaling) ist eine beliebte Differenzsignaltechnologie mit geringer Amplitude.

Missverständnis 1: Differentialsignale benötigen keine Erdungsebene als Rücklaufpfad oder denken, dass Differenzlinien einander Rücklaufpfad bieten. Die Ursache dieses Missverständnisses wird durch das Oberflächenphänomen verwirrt, oder der Mechanismus der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung ist nicht tief genug. Wie aus der Struktur des Empfangsenden in Fig. 1-8-15 ersichtlich ist, sind die Emitterströme der Transistoren Q3 und Q4 äquivalent und entgegengesetzt, und ihr Strom an der Kreuzung annulliert sich genau (I1=0). Daher ist die Differenzschaltung unempfindlich gegenüber ähnlichen Erdprojektionen 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 minimalen Induktivität für Reflow, Der größte Unterschied liegt in der Differenzlinie, außerdem sind sie 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. Im Falle einer Diskontinuität in der lokalen Ebene liefert die Kopplung zwischen Differenzrouten den Hauptrückflusspfad in der Region ohne Bezugsebene, wie in Fig. 1-8-17 gezeigt. Obwohl die Auswirkung der Diskontinuität der Bezugsebene auf die Differenzverdrahtung nicht so schwerwiegend ist wie die der gewöhnlichen Einzelendverdrahtung, Es wird weiterhin die Qualität des Differenzsignals verringern und die 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.

Missverständnis 2: Gleicher Abstand ist wichtiger als die Übereinstimmung der Linienlänge. In der eigentlichen Leiterplattenverkabelung ist es oft nicht in der Lage, die Anforderungen des Differentialdesigns zu erfüllen. Aufgrund der Verteilung von Stiften, Löchern und Verdrahtungsraum und anderen Faktoren ist es notwendig, den Zweck der Linienlängenanpassung durch geeignete Wicklung zu erreichen, aber das Ergebnis ist zwangsläufig Teil des Differenzpaares kann zu diesem Zeitpunkt nicht parallel sein, wie zu wählen? Es kann gesagt werden, dass die wichtigste Regel im PCB-Differenzverdrahtungsdesign die Übereinstimmung mit der Leitungslänge ist, und andere Regeln können entsprechend den Designanforderungen und praktischen Anwendungen flexibel gehandhabt werden.

Missverständnis 3: Think difference line muss sehr nah sein. Der Punkt, die Differenzlinien dicht beieinander zu halten, ist nichts anderes als ihre Kopplung zu erhöhen, sowohl um ihre Störfestigkeit zu verbessern als auch um die entgegengesetzte Polarität des Magnetfeldes zu nutzen, um elektromagnetische Störungen von der Außenwelt auszugleichen. Obwohl dieser Ansatz in den meisten Fällen sehr günstig ist, ist er nicht absolut. Wenn sie vollständig vor äußeren Störungen abgeschirmt werden können, müssen wir den Zweck der Anti-Interferenz- und EMI-Unterdrückung nicht mehr durch starke Kopplung miteinander erreichen. Wie kann sichergestellt werden, dass die Differentialführung eine gute Isolierung und Abschirmung aufweist? Die Erhöhung des Abstands zwischen den Leitungen und anderen Signalen ist eine der grundlegendsten Möglichkeiten. Die Energie des elektromagnetischen Feldes nimmt mit der quadratischen Beziehung der Entfernung ab. Im Allgemeinen, wenn der Abstand zwischen den Linien mehr als das Vierfache der Linienbreite ist, ist die Interferenz zwischen ihnen extrem schwach und kann grundsätzlich ignoriert werden. Darüber hinaus kann die Isolierung durch die Erdungsebene auch einen guten Abschirmungseffekt spielen, diese Struktur wird oft in Hochfrequenz (über 10G) IC-Paket PCB-Design verwendet, bekannt als CPW-Struktur, kann eine strenge Differenzimpedanzkontrolle (2Z0) gewährleisten.

3. Die Serpentine

Eine Schlangenlinie wird oft im Layout verwendet. Sein Hauptzweck ist es, die Zeitverzögerung anzupassen und die Anforderungen des Systemzeitentwurfs zu erfüllen. Designer sollten zuerst verstehen, dass Serpentinendraht die Signalqualität zerstört, die Übertragungsverzögerung ändert und bei der Verkabelung vermieden werden sollte. Um jedoch eine ausreichende Haltezeit von Signalen zu gewährleisten oder den zeitlichen Versatz zwischen derselben Signalgruppe zu reduzieren, muss im praktischen Design bewusst gewickelt werden. Was macht die Serpentine also zur Signalübertragung? Worauf sollte ich beim Laufen der Schlange achten? Die beiden kritischsten Parameter sind parallele Kopplungslänge (Lp) und Kopplungsabstand (S), wie in Fig. 1-8-21 gezeigt. Je kleiner S ist, desto größer ist Lp und desto größer ist der Kopplungsgrad. Dies kann zu geringeren Übertragungsverzögerungen und einer signifikanten Verringerung der Signalqualität durch Übersprechen führen, wie in Kapitel 3 zur Analyse von Gleichtakt- und Differenzmodus-Übersprechen beschrieben. Hier sind einige Tipps für Layouttechniker, wenn es um Serpentinen geht:

1. Erhöhen Sie den Abstand (S) des parallelen Liniensegments so weit wie möglich. H bezieht sich auf den Abstand zwischen der Signallinie und der Bezugsebene. Im Allgemeinen ist es, eine große Kurve zu nehmen. Solange S groß genug ist, kann der Kopplungseffekt nahezu vollständig vermieden werden.

2. Verringern Sie die Kupplungslänge Lp. Wenn sich die Verzögerung von Lp zweimal der Signalanstiegszeit nähert oder überschreitet, erreicht das erzeugte Übersprechen die Sättigung.

3. Die Signalübertragungsverzögerung, die durch den schlangenähnlichen Draht einer Streifenleitung oder eingebetteten Mikrostreifen verursacht wird, ist kleiner als die eines Mikrostreifens. Theoretisch beeinflusst die Flachbandleitung die Übertragungsgeschwindigkeit aufgrund des Differenzmodus-Übersprechens nicht.

4. Für Hochgeschwindigkeits- und Signalleitungen mit strengen Anforderungen an das Timing, versuchen Sie, keine schlangenartigen Linien zu laufen, besonders in kleinen Bereichen.

5. Kann oft jeden Winkel der Serpentine verwenden, kann die Kopplung untereinander effektiv reduzieren.

6. Im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design hat Serpentine keine sogenannte Filter- oder Störschutzfähigkeit und kann die Signalqualität nur reduzieren, so dass es nur für Timing-Matching und keinen anderen Zweck verwendet wird.

7. Manchmal kann Spiralführung für das Wickeln in Betracht gezogen werden. Die Simulation zeigt, dass seine Wirkung besser ist als die normale Serpentinenführung.