Noticias de PCB - Estrategia de cableado de PCB

El diseño es una de las habilidades laborales más básicas de los ingenieros de diseño de pcb. La calidad del cableado afectará directamente el rendimiento de todo el sistema. La mayoría de las teorías de diseño de alta velocidad deben implementarse y verificarse finalmente a través de layout. Se puede ver que el cableado es muy importante en el diseño de PCB de alta velocidad. A continuación se analizará la racionalidad de algunas situaciones que pueden encontrarse en el cableado real y se darán algunas estrategias de cableado más optimizadas. Se explica principalmente desde tres aspectos: cableado recto, cableado de distribución diferencial y cableado en forma de serpiente.

¿1. el cableado en ángulo recto suele ser una situación que debe evitarse tanto como sea posible en el cableado de placas de PCB y casi se ha convertido en uno de los criterios para medir la calidad del cableado. entonces, ¿ cuánto afecta el cableado en ángulo recto a la transmisión de señal? En principio, el cableado en ángulo recto cambia el ancho de la línea de transmisión, lo que resulta en una resistencia discontinua. De hecho, no solo el cableado en ángulo recto, sino también el cableado en ángulo angular y agudo también pueden causar cambios de resistencia. El impacto del cableado en ángulo recto en la señal se refleja principalmente en tres aspectos: primero, el ángulo de rotación puede ser equivalente a una carga capacitiva en la línea de transmisión, lo que ralentiza el tiempo de subida; La otra es que la discontinuidad de la resistencia puede causar el reflejo de la señal; El tercero es que la punta del ángulo recto produce emi. La capacidad parasitaria causada por el ángulo recto de la línea de transmisión se puede calcular a través de la siguiente fórmula empírica: C = 61w (er) 1 / 2 / Z0 en la fórmula anterior, C es la capacidad equivalente del ángulo (unidad: pf) y W es el ancho del rastro (unidad: pulgada), Z0 es la resistencia característica de la línea de transmisión. Por ejemplo, para una línea de transmisión de 4mils 50 Ohm (4,3 en la isla), el ángulo recto aporta una capacidad de unos 00101 pf, y luego se puede estimar la variación del tiempo de subida resultante: T10 - 90% = 2,2 * C * Z0 / 2 = 2,2 * 00101 * 50 / 2 = 0556 PSI se puede ver a través del cálculo que el efecto capacitivo de la trayectoria del ángulo recto es mínimo. A medida que aumenta el ancho de la línea de la huella del ángulo recto, la resistencia allí disminuirá, por lo que habrá un cierto fenómeno de reflexión de la señal. Podemos calcular la resistencia equivalente después del aumento del ancho de línea de acuerdo con la fórmula de cálculo de resistencia mencionada en el capítulo de la línea de transmisión, y luego calcular el coeficiente de reflexión de acuerdo con la fórmula empírica: Í = (zs - z0) / (zs + z0). Por lo general, el cambio de resistencia causado por el cableado en ángulo recto oscila entre el 7% y el 20%, por lo que el coeficiente máximo de reflexión es de aproximadamente 0,1. Además, como se puede ver en la siguiente imagen, la resistencia de la línea de transmisión cambia a un valor mínimo dentro de la longitud de la línea W / 2, y luego regresa a la resistencia normal después del tiempo W / 2. Todo el tiempo de cambio de resistencia es extremadamente corto, generalmente dentro de 10 ps. Internamente, este cambio rápido y pequeño es casi insignificante para la transmisión general de la señal. Muchas personas tienen esta comprensión del cableado en ángulo recto. creen que la punta es fácil de transmitir o recibir ondas electromagnéticas y generar emi. Esta se ha convertido en una de las razones por las que muchas personas piensan que el cableado en ángulo recto no se puede cableado. Sin embargo, muchos resultados prácticos de las pruebas han demostrado que los rastros de ángulo recto no producirán un EMI significativo en comparación con las líneas rectas. Tal vez el rendimiento actual del instrumento y el nivel de prueba limitan la precisión de la prueba, pero al menos ilustra un problema. La radiación del cableado en ángulo recto ya es menor que el error de medición del propio instrumento. En general, el cableado en ángulo recto no es tan terrible como se pensaba. Al menos en aplicaciones por debajo de ghz, cualquier influencia, como condensadores, reflejos, emi, etc., es difícil de reflejar en las pruebas tdr. Los ingenieros de diseño de PCB de alta velocidad todavía deben centrarse en el diseño, el diseño de fuente de alimentación / tierra y el diseño de cableado. A través de agujeros y otros aspectos. Por supuesto, aunque el impacto del cableado en ángulo recto no es muy grave, esto no significa que podamos usar el cableado en ángulo recto en el futuro. Prestar atención a los detalles es la calidad básica que cada ingeniero sobresaliente debe tener. Además, con el rápido desarrollo de los circuitos digitales, la frecuencia con la que los ingenieros de PCB procesan las señales seguirá aumentando. En el campo del diseño de radiofrecuencia por encima de 10 ghz, estos pequeños ángulos rectos pueden convertirse en el foco de los problemas de alta velocidad.

2. la señal diferencial de la línea de distribución diferencial (señal diferencial) se aplica cada vez más en el diseño de PCB de alta velocidad. Las señales más críticas en los circuitos suelen diseñarse para tener una estructura diferencial. ¿¿ qué lo hace tan popular? ¿¿ cómo garantizar su buen rendimiento en el diseño de pcb? Con estas dos preguntas, pasamos a la siguiente parte de la discusión. ¿¿ qué es una señal diferencial? En palabras de laico, el extremo conductor envía dos señales iguales y inversas, y el extremo receptor juzga el Estado lógico "0" o "1" comparando la diferencia entre los dos voltaje. Un par de rastros que llevan señales diferenciales se llaman rastros diferenciales. En comparación con los rastros de señal de un solo extremo ordinarios, las señales diferenciales tienen las ventajas más obvias en los siguientes tres aspectos: A. fuerte capacidad antiinterferencia, porque el acoplamiento entre los dos rastros diferenciales es muy bueno. Cuando hay interferencia acústica del exterior, se acoplan casi simultáneamente a dos líneas, y el extremo receptor solo se preocupa por la diferencia entre las dos señales. Por lo tanto, el ruido de modo común externo se puede eliminar por completo. B. puede inhibir eficazmente el emi. Por la misma razón, debido a las polaridades opuestas de las dos señales, los campos magnéticos que irradian pueden compensarse entre sí. Cuanto más estrecho sea el acoplamiento, menos energía electromagnética se liberará al mundo exterior. c. posicionamiento cronológico preciso. Debido a que el cambio de interruptor de la señal diferencial se encuentra en la intersección de dos señales, a diferencia de las señales ordinarias de un solo extremo, depende de un voltaje umbral alto y un voltaje umbral bajo para determinar, por lo que se ve menos afectado por el proceso y la temperatura, lo que puede reducir el error cronológico. Pero también es más adecuado para circuitos de señal de baja amplitud. La popular LVDS (señal diferencial de baja tensión) se refiere a esta tecnología de señal diferencial de pequeña amplitud. Para los ingenieros de pcb, la mayor preocupación es cómo garantizar que estas ventajas de las líneas de distribución diferencial se aprovechen al máximo en el cableado real. tal vez cualquier persona que haya estado en contacto con el diseño entienda los requisitos generales del cableado diferencial, es decir, "equidistancia". La longitud igual es para garantizar que las dos señales diferenciales siempre mantengan la polo opuesta y reduzcan los componentes de modo común; La equidistancia es principalmente para garantizar que la resistencia diferencial de los dos sea consistente y reducir la reflexión. "Lo más cerca posible" es a veces uno de los requisitos para el cableado diferencial. pero todas estas reglas no se utilizan para aplicaciones mecánicas y muchos ingenieros todavía parecen no entender la esencia de la transmisión de señales diferenciales de alta velocidad. Los siguientes se centran en varios malentendidos comunes en el diseño de señales diferenciales de pcb. Malentendido 1: se cree que las señales diferenciales no necesitan un plano del suelo como ruta de retorno, o que las rutas diferenciales se proporcionan rutas de retorno entre sí. La razón de este malentendido es que están confundidos por fenómenos superficiales o que el mecanismo de transmisión de señales de alta velocidad no es lo suficientemente profundo. Como se puede ver en la estructura del extremo receptor de la figura 1 - 8 - 15, las corrientes de los emisores de los Transistor Q3 Y q4 son iguales y opuestas, y sus corrientes en el suelo se compensan exactamente entre sí (i1 = 0), por lo que el circuito diferencial tiene un rebote similar y otras señales de ruido que pueden estar presentes en la fuente de alimentación y el plano de tierra no son sensibles. La eliminación parcial del retorno del plano del suelo no significa que el circuito diferencial no utilice el plano de referencia como ruta de retorno de la señal. De hecho, en el análisis de retorno de la señal, el mecanismo del rastreo diferencial y el rastreo ordinario de un solo extremo es el mismo, es decir, la señal de alta frecuencia siempre regresa a lo largo del Circuito con la menor inducción. La mayor diferencia es que, además del acoplamiento a la tierra, las líneas diferenciales también tienen acoplamiento mutuo. Qué tipo de acoplamiento es fuerte y cuál se convierte en el principal retorno. La ruta de flujo, la figura 1 - 8 - 16 es un diagrama esquemático de la distribución del campo geomagnético de la señal de un solo extremo y la señal diferencial. En el diseño de circuitos de pcb, el acoplamiento entre las trazas diferenciales suele ser pequeño, generalmente solo representa entre el 10% y el 20% del grado de acoplamiento, más acoplamiento a la tierra, por lo que la ruta principal de retorno de la trayectoria diferencial todavía existe en el plano de tierra. Cuando el plano de tierra no es continuo, el acoplamiento entre las trazas diferenciales proporcionará la ruta principal de retorno en áreas sin plano de referencia, como se muestra en la figura 1 - 8 - 17. Aunque el impacto de la discontinuidad del plano de referencia en el rastreo diferencial no es tan grave como el de un solo extremo ordinario, todavía reduce la calidad de la señal diferencial y aumenta el emi, lo que debe evitarse en la medida de lo posible. Algunos diseñadores creen que el plano de referencia fuera del rastro diferencial se puede eliminar para suprimir algunas señales de modo común en la transmisión diferencial. Sin embargo, este método no es teóricamente aconsejable. ¿¿ cómo controlar la resistencia? No proporcionar un circuito de resistencia a la tierra para la señal de modo común causará inevitablemente radiación emi. Este método hace más daño que bien. Malentendido 2: se cree que es más importante mantener la misma distancia que coincidir con la longitud de la línea. En el diseño real de pcb, a menudo es imposible cumplir con los requisitos del diseño diferencial al mismo tiempo. Debido a la distribución de los pines, los agujeros y la presencia de espacios de cableado, el propósito de emparejar la longitud de la línea debe lograrse a través de un devanado adecuado, pero el resultado debe ser que algunas áreas del par diferencial no pueden ser paralelas. ¿¿ qué debemos hacer en este momento? ¿¿ cuál opción? Antes de llegar a una conclusión, veamos los siguientes resultados de simulación. Como se puede ver en los resultados de la simulación anterior, la forma de onda o

3. la línea de serpiente es un método de cableado comúnmente utilizado en el diseño. El objetivo principal es ajustar el retraso para cumplir con los requisitos del diseño cronológico del sistema. El diseñador debe tener por primera vez la idea de que las líneas en forma de serpiente destruyen la calidad de la señal, cambian el retraso en la transmisión y tratan de evitarla al encadenarla. sin embargo, en el diseño real, para garantizar que la señal tenga tiempo suficiente de retención o reducir el desplazamiento de tiempo entre el mismo conjunto de señales, a menudo es necesario enredar deliberadamente el cable. ¿Entonces, ¿ cuál es el impacto de las líneas en forma de serpiente en la transmisión de señal? ¿¿ a qué se debe prestar atención al cableado? Los dos parámetros más críticos son la longitud de acoplamiento paralelo (lp) y la distancia de acoplamiento (s), como se muestra en la figura 1 - 8 - 21. Obviamente, cuando la señal se carga y transmite en una trayectoria en forma de serpiente, los segmentos paralelos se acoplarán en modo diferencial. Cuanto menor sea s, mayor será la LP y mayor será el grado de acoplamiento. Puede provocar una reducción de los retrasos en la transmisión y una reducción significativa de la calidad de la señal debido a las conversaciones cruzadas. Este mecanismo puede referirse al análisis de las conversaciones cruzadas de modo común y diferencial en el capítulo 3. a continuación se presentan algunas de las recomendaciones de los ingenieros de diseño al manejar líneas en forma de serpiente: 1. Trate de aumentar la distancia (s) de los segmentos paralelos, al menos superior a 3h, H se refiere a la distancia entre el rastro de la señal y el plano de referencia. En palabras de laico, es una gran curva. Mientras s sea lo suficientemente grande, el efecto de acoplamiento mutuo se puede evitar casi por completo. Reducir la longitud de acoplamiento lp, cuando el retraso de la doble LP se acerca o supera el tiempo de subida de la señal, la conversación cruzada generada alcanzará la saturación. El retraso en la transmisión de la señal causado por la línea de serpiente de la línea de banda o la línea de MICROSTRIP integrada es menor que el de la línea de microstrip. En teoría, las líneas de banda no afectarán la velocidad de transmisión debido a la conversación cruzada de modo diferencial. Para las líneas de señal de alta velocidad y las líneas de señal con requisitos de tiempo estrictos, trate de no usar líneas en forma de serpiente, especialmente en pequeñas áreas. A menudo puedes usar trayectorias en forma de serpiente desde cualquier ángulo, como la estructura C en la figura 1 - 8 - 20, lo que puede reducir efectivamente el acoplamiento mutuo. En el diseño de PCB de alta velocidad, la línea de serpiente no tiene la llamada capacidad de filtrado o antiinterferencia y solo puede reducir la calidad de la señal, por lo que solo se utiliza para emparejar a tiempo y no tiene otros usos. A veces se puede considerar el cableado en espiral para enredarse. Los resultados de la simulación muestran que su efecto de enrutamiento es mejor que el enrutamiento convencional en forma de serpiente.