Leiterplattentechnisch - Analyse der PCB-Signalintegrität (SI)

Analyse der PCB-Signalintegrität (SI), Signalintegrität (Signalintegrität) wird als SI abgekürzt, was sich auf die Qualität des Signals auf der Signalleitung bezieht und die Fähigkeit des Signals ist, mit dem richtigen Timing und der richtigen Spannung in der Schaltung zu reagieren.

Die hohe Schaltgeschwindigkeit von integrierten Schaltchips (IC) oder Logikgeräten, falsche Anordnung von Abschlusskomponenten oder falsche Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitssignalen können zu Reflexion, Übersprechen, Über- und Unterschwingen führen. Probleme mit der Signalintegrität wie Unterschießen) und Klingeln (Klingeln) können dazu führen, dass das System falsche Daten ausgibt und die Schaltung möglicherweise nicht richtig oder gar nicht funktioniert.

Integrität und Design des PCB-Signals

Beim PCB-Design müssen PCB-Designer das Layout und die Verdrahtung von Komponenten integrieren und welche SI-Problemlösungsmethoden jeweils verwendet werden sollten, um das Signalintegritätsproblem der Leiterplatte besser zu lösen. In einigen Fällen kann die Wahl des IC die Anzahl und Schwere der SI-Probleme bestimmen. Schaltzeit oder Kantenrate bezieht sich auf die Geschwindigkeit des IC-Zustandsübergangs. Je schneller die IC-Kantenrate, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit von SI-Problemen. Es ist sehr wichtig, das Gerät korrekt zu beenden.

Die häufig verwendete Methode zur Reduzierung von Signalintegritätsproblemen im PCB-Design besteht darin, Abschlusskomponenten auf der Übertragungsleitung hinzuzufügen. Bei der Beendigung ist es notwendig, die Anforderungen an die Anzahl der Komponenten, die Signalschaltgeschwindigkeit und den Stromverbrauch des Schaltkreises abzuwägen. Zum Beispiel bedeutet das Hinzufügen von Abschlusskomponenten, dass Leiterplattendesigner weniger Platz für die Verdrahtung haben, und es wird schwieriger sein, Abschlusskomponenten in den späteren Phasen des Layoutprozesses hinzuzufügen, da angemessener Platz für neue Komponenten und Verkabelungen reserviert werden muss. Daher ist es zu Beginn des Leiterplattenlayouts notwendig, herauszufinden, ob Abschlusskomponenten platziert werden müssen.

1. Allgemeine Richtlinien für das Design der Signalintegrität

Wie definiert man die Anzahl der Schichten der Leiterplatte? Wie viele Schichten sind enthalten? Wie ordne ich den Inhalt jeder Ebene am sinnvollsten an? Zum Beispiel sollte es mehrere Schichten der Signalschicht, der Leistungsschicht und der Masseschicht geben und wie man die Signalschicht und die Masseschicht abwechselnd anordnet.

Wie kann man eine Vielzahl von Netzteilblöcken entwerfen? Wie 3.3V, 2.5V, 3V, 1.8V, 5V, 12V und so weiter Die vernünftige Aufteilung der Leistungsschicht und das gemeinsame Erdungsproblem sind ein sehr wichtiger Faktor für die Stabilität der Leiterplatte.

Wie konfiguriere ich Entkopplungskondensatoren? Die Verwendung von Entkopplungskondensatoren zur Beseitigung von Rauschen ist eine gängige Methode, aber wie kann man seine Kapazität bestimmen? Wo ist der Kondensator platziert? Welche Art von Kondensator wird verwendet?

Wie kann man Bodenprallgeräusche beseitigen? Wie beeinflusst Ground Bounce Noise nützliche Signale und stört sie?

Wie kann man das Rauschen des Rückweges beseitigen? In vielen Fällen ist das unangemessene Schaltungsdesign der Schlüssel zum Ausfall der Schaltung, und das Schaltungsdesign ist oft die hilfloseste Arbeit für Ingenieure.

Wie kann man die aktuelle Verteilung vernünftig gestalten? Besonders das Design der Stromverteilung in der Elektro-/Masseschicht ist sehr schwierig, und wenn der Gesamtstrom in der Leiterplatte nicht gleichmäßig verteilt ist, wirkt sich dies direkt und offensichtlich auf den instabilen Betrieb der Leiterplatte aus.

Darüber hinaus gibt es einige allgemeine Signalverzerrungsprobleme wie Überschwingen, Unterschwingen, Klingeln, Übertragungsleitungsverzögerung, Impedanzanpassung, Übersprechen, Glitches usw., aber diese Probleme sind untrennbar mit den oben genannten Problemen verbunden, und es gibt eine kausale Beziehung zwischen ihnen.

2. Leiterplattendesignrichtlinien zur Gewährleistung der Signalintegrität

Je früher das Problem der Signalintegrität (SI) gelöst wird, desto höher ist die Effizienz des Designs, wodurch das Hinzufügen von Abschlusskomponenten nach Abschluss des Leiterplattendesigns vermieden werden kann.

Mit der Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit des IC-Ausgangs sind fast alle Designs unabhängig von der Signalperiode auf Signalintegritätsprobleme gestoßen. Selbst wenn es in der Vergangenheit kein SI-Problem gab, da die Betriebsfrequenz der Schaltung zunimmt, wird das Problem der Signalintegrität definitiv auftreten.

SI- und EMV-Experten müssen Simulationen und Berechnungen vor dem Leiterplattenrouting durchführen. Dann kann das PCB-Board-Design einer Reihe von sehr strengen Designregeln folgen. Bei Zweifeln können Sie Terminierungskomponenten hinzufügen, um so viel SI wie möglich zu erhalten. Sicherheitsmarge.

Leistungsintegrität (PI) und Signalintegrität (SI) sind eng miteinander verknüpft, und die Leistungsintegrität wirkt sich direkt auf die Signalintegrität der endgültigen Leiterplatte aus. Und in vielen Fällen ist die Hauptursache für Signalverzerrungen das Stromversorgungssystem.