Leiterplattentechnisch - Forschung zur Signalintegrität von PCB Printed Circuit Board

Wenn Sie finden, dass die PCB-Design Erfahrungen aus der vorangegangenen Low-Speed-Ära scheinen jetzt unmöglich zu sein, die gleiche PCB-Design, es gab vorher kein Problem, aber es funktioniert nicht normal, dann gratulieren, ihr seid auf den Kern gestoßen PCB-Hardware Konstruktionsproblem: Signalintegrität.

Es ist gut, dass man sich einen Tag im Voraus trifft. In der vergangenen Low-Speed-Zeit, wenn der Pegel springt, erhöht sich die Signalanstiegszeit normalerweise um einige ns. Die Verbindung zwischen den Geräten beeinträchtigt die Funktion der Schaltung nicht, und es besteht keine Notwendigkeit, sich um Probleme mit der Signalintegrität zu kümmern. Aber in der heutigen High-Speed-Ära, mit der Zunahme der Schaltgeschwindigkeit des IC-Ausgangs, sind viele auf der Pikosekunden-Ebene, unabhängig von der Signalperiode, fast alle Designs sind auf Signalintegritätsprobleme gestoßen. Darüber hinaus macht das Streben nach niedrigem Stromverbrauch die Kernspannung immer niedriger, und die 1.2v Kernspannung ist sehr häufig geworden.

Daher kann die Rauschtoleranz des Systems immer kleiner werden, was auch das Problem der Signalintegrität prominenter macht. Im Großen und Ganzen bezieht sich die Signalintegrität auf alle Probleme, die durch die Verbindung im Schaltungsdesign verursacht werden. Es untersucht hauptsächlich, wie die elektrischen Kenngrößen der Verbindung mit den Spannungs- und Stromwellenformen des digitalen Signals interagieren und wie es die Leistung des Produkts beeinflusst.

Es manifestiert sich hauptsächlich in Zeitsequenz, Signalläuten, Signalreflexion, Nah-End-Übersprechen, Fern-Ende-Übersprechen, Schaltrauschen, Nicht-Monotonizität, Erdprall, Leistungsprall, Dämpfung, kapazitive Last, elektromagnetische Strahlung, elektromagnetische Störungen, etc. Auswirkung. und viele mehr. Die Ursache des Signalintegritätsproblems liegt in der Reduzierung der Signalanstiegszeit.

Selbst wenn sich die Verdrahtungstopologie nicht geändert hat, wenn ein IC-Chip mit einer geringen Signalanstiegszeit verwendet wird, befindet sich das vorhandene Design in einem kritischen Zustand oder stoppt die Arbeit.

Im Folgenden finden Sie einige häufige Probleme mit der Signalintegrität. Wellenformverzerrung durch Signalreflexion. Es sieht so aus, als würde es klingeln, nehmen Sie die Leiterplatte heraus, messen Sie verschiedene Signale, wie Taktausgang oder Hochgeschwindigkeits-Datenlinienausgang, um zu sehen, ob diese Wellenform existiert.

Wenn ja, dann sollten Sie ein wahrnehmbares Verständnis von Signalintegritätsproblemen haben, ja, dies ist ein Problem der Signalintegrität. Viele Hardware-Ingenieure verbinden einen kleinen Widerstand mit dem Taktausgangssignal, und was den Grund betrifft, können viele Leute nicht sagen, sie werden sagen, dass viele ausgereifte Designs es haben. Vielleicht wissen Sie es, aber viele Menschen können die Funktion dieses kleinen Widerstands nicht erkennen, darunter viele Hardware-Ingenieure mit drei oder vier Jahren Erfahrung. Ist das überraschend? Aber es stimmt, ich bin viel begegnet. Tatsächlich ist die Funktion dieses kleinen Widerstands, das Problem der Signalreflexion zu lösen. Wenn der Widerstand zunimmt, wird das Klingeln verschwinden, aber Sie werden feststellen, dass das steigende Signal nicht mehr so steil ist. Diese Lösung wird Impedanzanpassung genannt, O. Auf der rechten Seite müssen wir auf Impedanzanpassung achten. Impedanz nimmt eine extrem wichtige Position im Problem der Signalintegrität ein. Übersprechen: Wenn Sie vorsichtig genug sind, werden Sie feststellen, dass es manchmal für die Signalleitung keine Funktion gibt, um das Signal auszugeben, aber in der Messung gibt es einen kleinen Teil der regulären Wellenform, als ob es einen Signalausgang gibt. An dieser Stelle können Sie die angrenzende Signallinie messen, um zu sehen, ob es ein ähnliches Muster gibt! Ja, wenn die beiden Signalleitungen sehr nah sind, wird es das normalerweise tun. Das ist Übersprechen. Natürlich ist die Wellenform auf der vom Übersprechen betroffenen Signalleitung nicht notwendigerweise der Wellenform des benachbarten Signals ähnlich, noch hat sie notwendigerweise offensichtliche Regeln, und sie ist mehr in Form von Rauschen. Crosstalk war schon immer ein Kopfschmerzen für die heutigen Leiterplatten mit hoher Dichte. Wegen des kleinen Verdrahtungsraums müssen die Signale sehr nah sein, so dass Sie es nur steuern können, aber Sie können es nicht eliminieren, anstatt es zu sehen.

Bei Übersprechersignalleitungen entspricht die Störung von benachbarten Signalen dem Rauschen für ihn. Die Höhe des Übersprechens hängt von vielen Faktoren auf der Leiterplatte ab, nicht nur vom Abstand zwischen den beiden Signalleitungen. Natürlich ist Distanz der einfachste zu kontrollieren und der häufigste Weg, Übersprechen zu lösen, aber es ist nicht der einzige Weg. Dies ist auch etwas, das viele PCB-Ingenieure missverstehen.

Gleiskollaps: Rauschen gibt es nicht nur im Signalnetz, sondern auch im Stromverteilungssystem. Wir wissen, dass der Strom, der durch den Weg zwischen Stromversorgung und Masse fließt, zwangsläufig Impedanz hat, es sei denn, man kann alles auf der Leiterplatte in einen Supraleiter verwandeln. Wenn sich dann der Strom ändert, tritt unweigerlich ein Spannungsabfall auf, so dass die Spannung, die tatsächlich an den Strompin des Chips gesendet wird, abnimmt, manchmal sogar stark, genau wie die Spannung plötzlich zusammenbricht, was der Schienenkollaps ist. Streckenabstürze können manchmal fatale Probleme verursachen und die Funktion der Leiterplatte beeinträchtigen. Die Anzahl der Gates, die von Hochleistungsprozessoren integriert werden, steigt, die Schaltgeschwindigkeit steigt schneller und mehr Schaltstrom wird in kürzerer Zeit verbraucht, und das erträgliche Rauschen wird immer kleiner. Aufgrund der hohen Anforderungen von Hochleistungsprozessoren an das Stromnetz und der Schwierigkeit, ein Stromverteilungssystem mit niedrigerer Impedanz zu bauen, ist die Geräuschkontrolle jedoch immer schwieriger geworden.

Sie haben vielleicht bemerkt, dass es wieder Impedanz ist, und Verständnis der Impedanz ist der Schlüssel zum Verständnis Integrität des PCB-Signals Fragen. l