Leiterplattentechnisch - Professionelle Routing Strategie im PCB Layout

Layout ist eine der grundlegendsten Fähigkeiten von PCB-Design Ingenieure. Die Qualität der Verkabelung beeinflusst direkt die Leistung des gesamten Systems. Die meisten High-Speed Design Theorien werden schließlich durch Layout realisiert und verifiziert. Daher, Verkabelung ist sehr wichtig in High-Speed PCB-Design. Im Folgenden wird seine Rationalität analysiert und einige optimierte Routing-Strategien für einige Situationen geben, die in der tatsächlichen Verkabelung auftreten können. Hauptsächlich aus dem rechten Winkel, Differential Routing, Schlangenlinie und weitere drei Aspekte.

1. Rechtwinklige Fräsung

Rechtwinklige Fräsungen sind in der Regel zu vermeiden. PCB Verkabelung, und es ist fast zu einem der Standards geworden, um die Qualität der Verkabelung zu messen. Welchen Einfluss hat das rechtwinklige Routing auf die Signalübertragung?? Grundsätzlich, Rechtwinkliges Routing ändert die Linienbreite der Übertragungsleitung, was zu einer Unterbrechung der Impedanz führt. In der Tat, nicht nur rechtwinklige Fräsung, Dünnwinkel und akute Winkelführung können Impedanzänderungen verursachen.

Der Einfluss der rechten Winkelführung auf das Signal spiegelt sich hauptsächlich in drei Aspekten wider: Erstens kann die Ecke der kapazitiven Last auf der Übertragungsleitung entsprechen, um die Anstiegszeit zu verlangsamen; Zweitens verursacht die diskontinuierliche Impedanz die Reflexion des Signals; Das dritte ist das EMI, das durch die rechte Winkelspitze erzeugt wird.

Die parasitäre Kapazität, die durch den rechten Winkel der Übertragungsleitung verursacht wird, kann anhand der folgenden empirischen Formel berechnet werden:

C=61W(Er)[size=1]1/2[/size]/Z0

In der obigen Formel bezieht sich C auf die äquivalente Kapazität der Ecke (Einheit: PF), und W auf die Breite der Verkabelung (Einheit: Zoll), ε R auf die dielektrische Konstante des Mediums und Z0 ist die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung. Zum Beispiel für eine 4mils 50-ohm-Übertragungsleitung (ε R ist 4.3), beträgt die elektrische Kapazität, die durch einen rechten Winkel gebracht wird, etwa 0.0101pf, und dann kann die dadurch verursachte Anstiegszeit geschätzt werden:

T10-90%=2.2*C*Z0/2.2*0.0101*50/2.0.556ps

Durch Berechnungen lässt sich erkennen, dass der Kapazitätseffekt, der durch rechtwinkliges Routing verursacht wird, extrem gering ist.

Wenn die Linienbreite der rechten Winkellinie zunimmt, nimmt die Impedanz ab, und ein bestimmtes Signalreflexionsphänomen tritt auf. Wir können die äquivalente Impedanz berechnen, nachdem die Linienbreite steigt gemäß der Impedanzberechnungsformel, die im Kapitel Übertragungsleitung erwähnt wird, und dann den Reflexionskoeffizienten nach der empirischen Formel berechnen:

ρ= (zs-z0) / (ZS-Z0). Im Allgemeinen liegt die Impedanzänderung, die durch rechtwinklige Verdrahtung verursacht wird, zwischen 7,20%, so dass der maximale Reflexionskoeffizient etwa 0.1 ist. Darüber hinaus, wie aus der Abbildung unten ersichtlich ist, ändert sich die Impedanz der Übertragungsleitung auf das Minimum innerhalb einer langen Zeit der w-2-Linie und kehrt dann nach der w-2-Zeit zur normalen Impedanz zurück. Die ganze Zeit der Impedanzänderung ist sehr kurz, oft innerhalb von 10ps. Eine solche schnelle und kleine Änderung ist für die allgemeine Signalübertragung fast vernachlässigbar.

Viele Menschen haben dieses Verständnis von rechtwinkligem Routing und denken, dass die Spitze leicht elektromagnetische Wellen zu senden oder zu empfangen und EMI zu erzeugen ist, was auch zu einem der Gründe geworden ist, warum viele Leute denken, dass rechtwinkliges Routing nicht verwendet werden kann. Die Ergebnisse vieler praktischer Tests zeigen jedoch, dass die rechtwinklige Fräsung keine offensichtliche EMI erzeugt als gerade Linie. Möglicherweise schränken die aktuelle Geräteleistung und das Prüfniveau die Genauigkeit des Tests ein, aber zumindest zeigt es ein Problem, dass die Strahlung der rechtwinkligen Führung geringer ist als der Messfehler des Geräts selbst.

Generell ist die rechte Winkelführung nicht so schrecklich wie erwartet. Zumindest bei Anwendungen unterhalb GHz können sich Effekte wie Kapazität, Reflexion und EMI kaum im TDR-Test widerspiegeln. Hochgeschwindigkeits-PCB-Design-Ingenieure sollten sich auf Layout, Energie- und Erdungsdesign, Verdrahtungsdesign, Durchkontaktierungen und andere Aspekte konzentrieren. Natürlich, obwohl die Auswirkungen der rechtwinkligen Verkabelung nicht sehr ernst sind, bedeutet dies nicht, dass wir in Zukunft rechtwinklige Verkabelung nehmen können. Die Aufmerksamkeit auf Details ist eine notwendige Grundqualität für jeden hervorragenden Ingenieur. Darüber hinaus wird mit der schnellen Entwicklung digitaler Schaltungen die Signalfrequenz, die von PCB-Ingenieuren verarbeitet wird, weiter auf das HF-Designfeld über 10GHz ansteigen. Diese kleinen rechten Winkel können zum Fokus von Hochgeschwindigkeitsproblemen werden.

PCB Differential routing

Differentialsignal wird mehr und mehr im Hochgeschwindigkeitsschaltungsdesign verwendet. Das kritischste Signal in der Schaltung nimmt oft Differenzstrukturdesign an. Was macht es so beliebt? Wie können wir seine gute Leistung im PCB-Design sicherstellen? Mit diesen beiden Fragen werden wir den nächsten Teil besprechen.

Was ist Differenzsignal? Im Allgemeinen sendet der Treiber zwei äquivalente und invertierte Signale, und der Empfänger beurteilt, ob der Logikzustand "0" oder "1" ist, indem er die Differenz zwischen den beiden Spannungen vergleicht. Das Paar von Leitungen, die Differenzsignale tragen, wird Differential Routing genannt.