Leiterplattentechnisch - Wie geht PCB Design mit LVDS Signalen um?

Das LVDS-Signal ist nicht nur ein Differenzsignal, aber auch ein digitales Hochgeschwindigkeitssignal. Daher, unabhängig davon, ob das LVDS Übertragungsmedium eine Leiterplattenleitung oder ein Kabel verwendet, Maßnahmen müssen getroffen werden, um eine Reflexion des Signals am Medienterminal zu verhindern, und elektromagnetische Störungen sollten reduziert werden, um die Integrität des Signals zu gewährleisten. Solange wir die oben genannten Elemente in Betracht ziehen, Leiterplattenlayout Design, Es ist nicht sehr schwierig, Hochgeschwindigkeits-Differenzialplatinen zu entwerfen.

Im Folgenden werden kurz die Gestaltungspunkte der PCB-Design zur Behandlung von LVDS-Signalen:

1. Legen Sie als mehrschichtige Platte. Leiterplatten mit LVDS-Signalen sind in der Regel als mehrschichtige Platine angeordnet. Da das LVDS-Signal ein Hochgeschwindigkeitssignal ist, sollte die benachbarte Schicht eine Masseschicht sein, um das LVDS-Signal abzuschirmen, um Interferenzen zu vermeiden. Bei Leiterplatten mit geringer Dichte ist es am besten, LVDS-Signale auf getrennten Schichten von anderen Signalen zu legen, wenn die physikalischen Platzverhältnisse dies zulassen. Beispielsweise können die Schichten in einer vierlagigen Platine normalerweise wie folgt ausgelegt werden: LVDS-Signalschicht, Masseschicht, Leistungsschicht und andere Signalschichten.

Berechnung und Steuerung der Signalimpedanz 2. LVDS. Die Spannungsschwankung des LVDS-Signals beträgt nur 350mV, was für den stromgetriebenen Differenzsignalbetrieb geeignet ist. Um sicherzustellen, dass das Signal nicht durch das reflektierte Signal beeinflusst wird, wenn es sich in der Übertragungsleitung ausbreitet, erfordert das LVDS-Signal, dass die Übertragungsleitungsimpedanz gesteuert wird, und die Differenzimpedanz beträgt normalerweise 100 +/-10Ω. Die Qualität der Impedanzsteuerung beeinflusst direkt die Signalintegrität und Verzögerung.

Simulationsanalyse von seriellen LVDS Signalen

Das obige analysiert die Dinge, auf die bei der Gestaltung von LVDS-Signalen geachtet werden muss. Obwohl die oben genannten Regeln im Allgemeinen während des Leiterplattendesigns befolgt werden, muss zur Verbesserung der Korrektheit und Genauigkeit des Designs die vollständige Signalsimulation der Leiterplatte durchgeführt werden, und das Signal kann durch Simulation erhalten werden. Die Übersprechen-, Verzögerungs-, Reflexions- und Augenmuster-Wellenformen des Systems können das Ziel erreichen, dass das Design korrekt ist. Der Simulationsprozess des Signalintegritätsproblems besteht darin, zuerst das Simulationsmodell der Komponenten festzulegen, dann die Vorsimulation durchzuführen, um die Parameter und Einschränkungen des Verdrahtungsprozesses zu bestimmen, gemäß den Einschränkungen in der physikalischen Realisierungsphase zu entwerfen und schließlich Nachsimulation durchzuführen, um zu überprüfen, ob der Entwurf die Entwurfsanforderungen erfüllt. Die Genauigkeit des Modells im gesamten Prozess beeinflusst direkt die Simulationsergebnisse, und die Simulationsanalysemethoden, die in der Vor- und Nachsimulationsstufe verwendet werden, sind ebenfalls entscheidend für die Simulationsergebnisse. Das folgende ist eine Kombination von tatsächlichen Projekten, um den Implementierungsprozess der Simulation in diesem Entwurf zu veranschaulichen.

1. PCB Stack Setup

Aus der obigen Analyse ist bekannt, dass die Stapeleinstellung der Leiterplatte eng mit der Kopplung des Signals und der Impedanzberechnung zusammenhängt. Daher muss das Stapeldesign vor dem PCB-Design und dann der Impedanzberechnung des Signals durchgeführt werden. Das laminierte Design in diesem Design ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Aufgrund der hohen Leiterplattendichte verwendet dieses Design eine 10-lagige Laminatstruktur. Bei 6㏕•••, sind die theoretisch berechneten Impedanzwerte 100.1 und 98.8Ω nach einer vernünftigen Anordnung der Schichtdicke durch Allegroberechnungen die Differenzlinienbreite des Oberflächenmikrostreifens und der inneren Streifenlinie 6㏕••.

2. Stellen Sie den Gleichspannungswert ein

Dieser Schritt besteht hauptsächlich darin, den Gleichspannungswert für bestimmte spezifische Netzwerke (üblicherweise Stromerde usw.) anzugeben, die Gleichspannung zu bestimmen, die auf das Netzwerk angewendet werden soll, und um EMI-Simulation durchzuführen, müssen ein oder mehrere Spannungsquellenpins ermittelt werden. Die Referenzspannungsinformation, die das Modell im Simulationsprozess verwendet, wird beschrieben.

3. Geräteeinstellungen

Während der Allegro-Simulation unterteilt allegro die Geräte in drei Kategorien: IC, Stecker und diskrete Geräte (Widerstandskondensatoren usw.), allegro weist den Pins des Geräts Simulationsattribute entsprechend dem Gerätetyp, diskrete Geräte und Steckerpins zu. Das Attribut ist UPSPEC, und das Pin-Attribut des IC kann IN, OUT, BI usw. sein.

4. Musterzuweisung

Die Hauptmodelle, die bei der PCB-Simulation auf Leiterplattenebene verwendet werden, sind Gerätemodelle und Übertragungsleitungsmodelle. Das Gerätemodell wird in der Regel vom Gerätehersteller bereitgestellt. Im seriellen Hochgeschwindigkeitssignal verwenden wir für die Simulationsanalyse ein präziseres SPICE-Modell. Das Übertragungsleitungsmodell wird durch Simulationssoftware-Modellierung gebildet. Wenn das Signal übertragen wird, macht die Übertragungsleitung das Problem der Signalintegrität prominent, so dass die Fähigkeit der Simulationssoftware, die Übertragungsleitung genau zu modellieren, das Simulationsergebnis direkt beeinflusst.

Differentialpaarlinienmodell b: Stripline c: Mikrostreifenleitung und die Übertragungsleitung, in der sich der Signalweg und der Rückweg befinden, können kein idealer Leiter sein, so dass sie alle endlichen Widerstand haben, und die Größe des Widerstands wird durch die Länge und Querschnittsfläche der Übertragungsleitung bestimmt.

5. SI-Inspektion

Mit der SI-Audit-Funktion wird geprüft, ob ein bestimmtes Netzwerk oder eine Gruppe von Netzwerken zur Analyse extrahiert werden kann. Im Allgemeinen ist es die Einstellung des Hochgeschwindigkeitsnetzes, auf das wir achten müssen. Dieses Design konzentriert sich hauptsächlich auf serielle LVDS-Signale.

6. Extrahieren der Netzwerktopologie

Extrahieren Sie die topologische Struktur des Signals von Interesse von der Leiterplatte, die im Allgemeinen das Antriebsende und das Empfangsende sowie die Übertragungsleitung und den zugehörigen übereinstimmenden Widerstand und die Kapazität umfasst. Aus der Topologie kann man sehen, dass das Netzwerk diese Pfade durchläuft, die die Signalübertragung beeinflussen.

7. Ansicht der Wellenform

Nachdem die oben genannten Schritte eingerichtet sind, kann die Simulation durchgeführt werden. Allegro kann Signalreflexionssimulation und Übersprechersimulation durchführen, und die Differenziallinie muss auch Augendiagrammanalyse durchführen. Natürlich wird die Simulation auch in Vor- und Nachsimulation unterteilt. Bei der Verwendung von allegro für PCB-Design ist es notwendig, das Design in Echtzeit mit den Simulationsergebnissen zu modifizieren, um die Anforderungen zu erfüllen.

Bei der Verdrahtung des Differenzialpaares sind zwei Punkte zu beachten. Die eine ist, dass die Länge der beiden Linien so lang wie möglich sein sollte. Die gleiche Länge soll sicherstellen, dass die beiden Differenzsignale jederzeit entgegengesetzte Polaritäten beibehalten und die Gleichtaktkomponente reduzieren. Die andere ist, dass der Abstand zwischen den beiden Drähten (dieser Abstand wird durch die Differenzimpedanz bestimmt) konstant gehalten werden muss, das heißt, er muss parallel gehalten werden. Es gibt zwei parallele Wege, eine ist, dass die beiden Drähte auf der gleichen Seite laufen, und die andere ist, dass die beiden Drähte auf zwei benachbarten Schichten oben und unten (over-under) laufen. Im Allgemeinen hat erstere mehr Side-by-Side-Implementierungen. Die Equidistance soll hauptsächlich die gleiche Differenzimpedanz zwischen den beiden gewährleisten und Reflexion reduzieren.

Aus der Analyse dieses Artikels, Wir können sehen, dass in der Konstruktion von seriellen Hochgeschwindigkeitssignalen, nicht nur das Schaltungsdesign wird berücksichtigt, Ebenso wichtig sind der Entwurf von Leiterplattendiagrammen und die Simulationsanalyse, und wenn die Frequenz des Signals größer und größer wird, the Verzögerung and crosstalk of the signal are affected. Faktoren wie Signalintegrität und Signalintegrität werden immer komplexer. Zur gleichen Zeit, Es wird immer schwieriger, den Einfluss dieser Faktoren zu kontrollieren. Ingenieure müssen das Verdrahtungsdesign gründlich analysieren, Verlassen Sie sich auf genaue Modelle, Effektive Simulations- und wissenschaftliche Analysemethoden zur korrekten Orientierung komplexer Hochgeschwindigkeitskonzepte, Korrekturzyklen reduzieren, und sicherstellen Leiterplatte Das Design ist erfolgreich.