Leiterplattentechnisch - Über die Entwicklung von High-Speed PCB Design Technologie

(1) Herausforderungen beim Entwurf elektronischer Systeme

Mit der großen Zunahme der Komplexität und Integration des Systemdesigns beschäftigen sich elektronische Systemdesigner mit dem Schaltungsdesign über 100MHZ, und die Betriebsfrequenz des Busses hat 50MHZ erreicht oder überschritten und einige sogar 100MHZ überschritten. Derzeit haben etwa 50% der Designs eine Taktfrequenz von mehr als 50MHz, und fast 20% der Designs haben eine Taktfrequenz von mehr als 120MHz.

Wenn das System mit 50MHz arbeitet, Es wird Übertragungsleitungseffekte und Signalintegritätsprobleme geben; wenn die Systemuhr 120MHz erreicht, es sei denn, Kenntnisse über das Design von Hochgeschwindigkeitsschaltungen werden verwendet, Leiterplatten, die auf traditionellen Methoden basieren, funktionieren nicht. Daher, Hochgeschwindigkeits-PCB Designtechnologie ist zu einer Designmethode geworden, die Designer elektronischer Systeme übernehmen müssen. Die Steuerbarkeit des Entwurfsprozesses kann nur durch die Verwendung der Entwurfstechniken von Hochgeschwindigkeits-Schaltungsdesignern erreicht werden.

(2) Was ist eine Hochgeschwindigkeitsstrecke?

Es wird allgemein angenommen, dass, wenn die Frequenz einer digitalen Logikschaltung 45MHZ~50MHZ erreicht oder überschreitet, und die Schaltung, die über dieser Frequenz arbeitet, einen bestimmten Anteil des gesamten elektronischen Systems aufgenommen hat (zum Beispiel 1/3), es eine Hochgeschwindigkeitsschaltung genannt wird.

Tatsächlich ist die Oberschwingungsfrequenz der Signalkante höher als die Frequenz des Signals selbst. Es sind die steigenden und fallenden Kanten des Signals (oder Signalsprünge), die unerwartete Ergebnisse bei der Signalübertragung verursachen. Daher wird allgemein vereinbart, dass, wenn die Leitungsausbreitungsverzögerung größer als 1/2 der Anstiegszeit des digitalen Signalantriebsende ist, solche Signale als Hochgeschwindigkeitssignale angesehen werden und Übertragungsleitungseffekte erzeugen.

Die Übertragung des Signals erfolgt in dem Moment, wenn sich der Signalzustand ändert, wie z.B. die Steig- oder Fallzeit. Das Signal durchläuft einen festen Zeitraum vom Antriebsende zum Empfangsende. Wenn die Sendezeit kleiner als 1/2 der Steig- oder Fallzeit ist, erreicht das reflektierte Signal vom Empfangsende das treibende Ende, bevor das Signal den Zustand ändert. Umgekehrt erreicht das reflektierte Signal das Antriebsende, nachdem das Signal den Zustand ändert. Wenn das reflektierte Signal stark ist, kann die überlagerte Wellenform den Logikzustand ändern.

(3) Bestimmung von Hochgeschwindigkeitssignalen

Oben haben wir die Voraussetzungen für das Auftreten von Übertragungsleitungseffekten definiert, aber woher wissen wir, ob die Zeilenverzögerung größer als 1 ist/2 die Signalanstiegszeit des Antriebsenden? Allgemein, Der typische Wert der Signalanstiegszeit kann im Gerätehandbuch angegeben werden, und die Signalausbreitungszeit wird durch die tatsächliche Verdrahtungslänge im PCB-Design. Correspondence between signal rise time and allowable wiring length (delay).

Die Verzögerung pro Zoll auf der Leiterplatte beträgt 0.167ns. Wenn jedoch viele Anschlüsse, viele Gerätepins und viele Einschränkungen auf dem Netzwerkkabel festgelegt sind, erhöht sich die Verzögerung. Im Allgemeinen beträgt die Signalanstiegszeit von Hochgeschwindigkeits-Logikgeräten etwa 0.2ns. Wenn sich GaAs-Chips auf der Platine befinden, beträgt die maximale Verdrahtungslänge 7,62mm.

Lassen Sie Tr die Signalanstiegszeit und Tpd die Signalleitung Ausbreitungsverzögerung sein. Wenn Trâ฀ 4Tpd, das Signal fällt in einen sicheren Bereich. Wenn 2Tpd, das Signal fällt in die Unsicherheitsregion. Wenn Trâ­2Tpd, das Signal fällt in den Problembereich. Für Signale, die in unsichere Bereiche und Problembereiche fallen, high-speed Leiterplattenverdrahtung methods should be used.