Leiterplattentechnisch - Überblick über die Probleme mit der Signalintegrität digitaler Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten

Dieser Artikel stellt eine Entwurfsmethode für High-Speed Digital vor Signal PCB Platine basierend auf Signalintegrität Computeranalyse. In dieser Konstruktionsmethode, Das Signalübertragungsmodell auf Leiterplattenebene wird zuerst für alle digitalen Hochgeschwindigkeitssignale etabliert, und dann wird der Lösungsraum des Entwurfs durch die Berechnung und Analyse der Signalintegrität gefunden, und schließlich wird die Leiterplatte auf der Grundlage des Lösungsraums fertiggestellt. Entwurf und Überprüfung der Leiterplatte.

Da die Ausgangsschaltgeschwindigkeit von integrierten Schaltungen zunimmt und die Dichte von Leiterplatten zunimmt, ist die Signalintegrität zu einem der Probleme geworden, die beim Design von digitalen Hochgeschwindigkeits-PCNs betroffen sein müssen. Faktoren wie die Parameter der Komponenten und der Leiterplatte, das Layout der Komponenten auf der Leiterplatte und die Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitssignalen verursachen Signalintegritätsprobleme, was zu einem instabilen Systembetrieb oder gar keinem Betrieb führt.

Wie kann man die Signalintegritätsfaktoren in der PCB-Design Effektive Kontrollmaßnahmen zu verarbeiten und zu ergreifen, ist ein heißes Thema in der PCB-Design Industrie heute. Die schnelle digitale Leiterplattendesignmethode, die auf der Signalintegritätscomputeranalyse basiert, kann die Signalintegrität von PCB-Design.

1. Überblick über die Probleme der Signalintegrität

Signalintegrität (SI) bezieht sich auf die Fähigkeit eines Signals, mit dem richtigen Timing und der richtigen Spannung in der Schaltung zu reagieren. Wenn das Signal in der Schaltung den IC mit dem erforderlichen Timing, der Dauer und der Spannungsamplitude erreichen kann, hat die Schaltung eine bessere Signalintegrität. Umgekehrt tritt ein Problem mit der Signalintegrität auf, wenn das Signal nicht normal reagieren kann. Im Großen und Ganzen manifestieren sich Signalintegritätsprobleme hauptsächlich in fünf Aspekten: Verzögerung, Reflexion, Übersprechen, synchrones Schaltrauschen (SSN) und elektromagnetische Verträglichkeit (EMI).

Verzögerung bedeutet, dass das Signal mit einer begrenzten Geschwindigkeit auf den Drähten der Leiterplatte übertragen wird, und das Signal vom sendenden Ende zum empfangenden Ende gesendet wird, während dessen es eine Übertragungsverzögerung gibt. Die Verzögerung des Signals beeinflusst das Timing des Systems. In einem digitalen Hochgeschwindigkeitssystem hängt die Übertragungsverzögerung hauptsächlich von der Länge des Drahtes und der Dielektrizitätskonstante des Mediums um den Draht ab.

Wenn die charakteristische Impedanz der Drähte auf der Leiterplatte (Übertragungsleitungen in digitalen Hochgeschwindigkeitssystemen genannt) nicht mit der Lastimpedanz übereinstimmt, wird ein Teil der Energie entlang der Übertragungsleitung zurückgespiegelt, nachdem das Signal das Empfangsende erreicht hat, wodurch die Signalwellenform verzerrt wird oder sogar Signal über- und Unterschwingt erscheint. Wenn das Signal auf der Übertragungsleitung hin und her reflektiert wird, erzeugt es Klingeln und Ringschwingungen.

Da es gegenseitige Kapazität und gegenseitige Induktivität zwischen zwei Geräten oder Drähten auf der Leiterplatte gibt, wirkt sich diese Änderung, wenn sich ein Gerät oder Signal auf einem Draht ändert, auf andere Geräte oder Induktivität durch gegenseitige Kapazität und gegenseitige Induktivität aus. Draht, also Übersprechen. Die Stärke des Übersprechens hängt von der geometrischen Größe und dem gegenseitigen Abstand der Geräte und Drähte ab.

Wenn viele digitale Signale auf der Leiterplatte synchron geschaltet werden (wie CPU-Datenbus, Adressbus usw.), wird aufgrund der Impedanz der Stromleitung und der Erdungsleitung synchrones Schaltrauschen erzeugt, und Erdungsebene Bounce tritt auf der Erdungsleitung auf. Lärm (als Bodenbombe bezeichnet). Die Stärke von SSN und Ground Bounce hängt auch von den IO-Eigenschaften der integrierten Schaltung, der Impedanz der Stromversorgungsschicht und der Masseebene Schicht der Leiterplatte und dem Layout und der Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitsgeräten auf der Leiterplatte ab.

Darüber hinaus, wie andere elektronische Geräte, Leiterplatten haben auch Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit, die hauptsächlich mit Leiterplattenlayout und Verdrahtungsmethoden.