Blog de PCB - Diseño de PCB de alta velocidad basado en Cadence

1....... The introduction
The correspondingAlta velocidad Placa de circuito impreso Board Aplicación cada vez más amplia, El diseño es cada vez más complejo. Con el aumento de la demanda de comunicaciones, Transmisión y procesamiento de señales cada vez más rápidos. Los Circumfluenceos de alta velocidad tienen dos significados: el primero, Alta frecuencia. Se considera generalmente que la frecuencia de los circuitos digitales es de 45 MHz a 50 MHz o superior., Los circuitos que funcionan a esta frecuencia representan un tercio del sistema, Así que se llamaAlta velocidad circuit. Además, Considerar el tiempo de subida y caída de la señal, Cuando el tiempo de subida de la señal es inferior a 6 veces el retraso de la transmisión de la señal, La señal se consideraAlta velocidad Señal, En el interiordependiente de la frecuencia específica de la señal.

2.......... Contenido básicoAlta velocidad PCB Boarddesign
High-speed circuit design in the modern circuit design of the proportion is more and more large, El diseño es cada vez más difícil, Su solución requiere no sóloAlta velocidad Equipo, También requiere la sabiduría y el trabajo cuidadoso del diseñador, La situación concreta debe estudiarse y analizarse cuidadosamente., Resolver los problemas existentesAlta velocidad Problemas de circuito. En general, El diseño incluye principalmente tres aspectos: el diseño de la integridad de la señal, Diseño de compatibilidad electromagnética, Diseño de la integridad de la fuente de alimentación.

2.1 Signal Integrity design

Signal integrity refers to the quality of the signal on the signal line. Una señal con buena integridad de la señal significa que tiene el nivel de tensión necesario para realizar cuando sea necesario. La mala integridad de la señal no es causada por ningún factor, Pero a través de la combinación de factores en el diseño a nivel de Junta. Especialmente en circuitos de alta velocidad, El chip utilizado cambia demasiado rápido, Disposición irrazonable de los componentes terminales, La interconexión irrazonable de los circuitos conduce a problemas de integridad de la señal. Incluye principalmente comentarios cruzados, Reflejo, Exceso y retroceso, Oscilación, Retraso de la señal, Etc..

2.1.1 Crosstalk (crosstalk)
Crosstalk is the unnecessary coupling between two adjacent signal lines. La Inductancia mutua y la tolerancia entre las líneas de señal conducen al ruido en las líneas. Por consiguiente,, Se divide en comentarios inductivos y comentarios capacitivos, Generar corriente de acoplamiento y tensión de acoplamiento respectivamente. Cuando la velocidad de borde de la señal es inferior a 1 ns, se debe considerar la conversación cruzada.. Si la corriente alterna pasa a través de la línea de señal, Produce campos magnéticos alternos, Las líneas de señal adyacentes en el campo magnético inducen el voltaje de la señal. Parámetros generales PCB Board Capa, Distancia entre líneas de señal, Características eléctricas del conductor y del receptor, El modo de conexión de la línea de señal tiene cierta influencia en la conversación cruzada.. En la herramienta de simulación de señales Cadence, Seis líneas de señal acopladas pueden ser simuladas simultáneamente después de la conversación cruzada. Los parámetros de escaneo configurables son: constante dieléctrica PCB Board, Espesor medio, Espesor de la inmersión de cobre, Longitud y anchura de la línea de señal, Espaciamiento de la línea de señal. En la simulación, Es necesario especificar la línea de señal dañada, Eso es, Investigar la interferencia de otra línea de señal en esta línea, Y establecer la excitación a una constante alta o constante baja, Por lo tanto, se puede medir la suma de las tensiones inducidas de otras líneas de señal a la línea de señal., Hacer que el espaciamiento y la longitud paralela cumplan los requisitos.

2.1.2 Reflex (reflection)
Reflection is the echo of a signal along a transmission line, Como sabemos, cuando la luz pasa a través de un medio discontinuo, parte de su energía se refleja de nuevo. En este punto, La Potencia de la señal no se transmite completamente a la carga, Algunos se reflejan. En unAlta velocidad PCB, El cable debe ser igual a la línea de transmisión. Basado en la teoría de la línea de transmisión, Si la fuente de alimentación y la carga tienen la misma Impedancia, Los reflejos no ocurren. El desajuste de impedancia entre los dos conduce a la reflexión, La carga refleja parte del voltaje de nuevo a la fuente de alimentación. El voltaje reflejado puede ser positivo o negativo, Depende de la relación entre la Impedancia de carga y la Impedancia de fuente. Si la señal reflejada es fuerte y se superpone a la señal original, Es probable que cambie el Estado lógico, Causa errores en la recepción de datos. Si la señal del reloj puede causar que el reloj siga una dirección monótona, Y luego lanzar un disparador equivocado. Geometría general del cableado, Terminal de alambre incorrecto, Transmisión a través del conector, Las discontinuidades en el tablero de energía pueden causar este tipo de reflexión. Además, Normalmente hay salida de múltiples receptores, A continuación, los reflejos generados por diferentes estrategias de enrutamiento tienen diferentes efectos en cada receptor, Por lo tanto, la estrategia de enrutamiento también es un factor importante.

2.1.3 Overshoot and undershoot

Overshoot is a signal jump caused by too fast circuit switching and the reflection mentioned above, Eso es, Un valor máximo o valle por encima de la tensión establecida.. El flujo descendente es el siguiente Valle o pico. Sobrecorriente puede causar que el diodo de protección funcione, Causa fallo prematuro, Equipo gravemente dañado. Demasiados enlaces descendentes pueden causar relojes falsos o errores de datos, Puede reducir o eliminar añadiendo los puntos finales apropiados.

2.1.4 Oscillations and Pawnchess
The phenomenon of oscillation is the repeated occurrence of overshot and downshot, La oscilación de la señal y la oscilación circundante son causadas por el desajuste de impedancia entre el receptor y la línea de transmisión y la fuente. El desajuste de impedancia es causado por el exceso de Inductancia y Capacitancia en la línea., Generalmente ocurre cerca del umbral del nivel lógico, Superar el umbral del nivel lógico muchas veces causará disfunción lógica. La oscilación y la oscilación circunferencial son causadas por tantos factores como la reflexión., Y la oscilación puede reducirse mediante la terminación adecuada o el cambio de los parámetros de PCB., Pero no se puede eliminar completamente. En el software de simulación de señales de Cadence, Los problemas de integridad de la señal se miden mediante parámetros de reflexión.. Conducir dispositivos y recibir repositorios en el modelo Ibis, Sólo tenemos que establecer diferentes parámetros de impedancia de línea de transmisión, Objeción, Velocidad de transmisión de la señal de las líneas de banda y MICROSTRIP, La forma de onda de la señal y los datos correspondientes de la herramienta de simulación se pueden calcular directamente., Esto permite encontrar el valor de impedancia de la línea de transmisión correspondiente, Objeción, Velocidad de transmisión de la señal, En consecuencia PCB Board Software Allegro, the width of the corresponding signal line in each layer can be obtained according to the corresponding transmission line impedance value and signal transmission rate (the order and parameters of lamination need to be set in advance). Hay muchas maneras de elegir una coincidencia de Resistencia, Incluye fuente - de - extremo y paralelo - de - extremo, Etc.. También puede elegir una estrategia de enrutamiento diferente: crisantemo, Estrella, Costumbre, Cada método tiene sus ventajas y desventajas, De acuerdo con los diferentes resultados de la simulación del circuito para determinar la selección específica.

2.1.5 Signal Delay
The circuit can only receive data in accordance with the specified time sequence, El retraso excesivo de la señal puede causar confusión entre el tiempo y la función, No hay problema con los sistemas de baja velocidad, Pero la velocidad del borde de la señal aumenta, Aumento de la frecuencia del reloj, El tiempo de transmisión y sincronización entre dispositivos se acortará. La sobrecarga del conductor y el cableado largo pueden causar retrasos. Todos los retrasos en las puertas deben satisfacerse en un presupuesto de tiempo cada vez más corto, Incluir tiempo de configuración, Tiempo de espera, Retraso y desplazamiento de la línea. Debido a que la Capacitancia equivalente y la Inductancia en la línea de transmisión retrasan el cambio digital de la señal, Acoplamiento con bobinados oscilantes inducidos por la reflexión, La señal de datos no puede satisfacer el tiempo necesario para que el dispositivo receptor reciba correctamente, Causa un error de recepción. En el software de simulación de señales Cadence, El retraso de la señal también se mide en los parámetros del reflector, Lugar de asentamiento, Retardo de conmutación y retardo proporcional. Los dos primeros parámetros están relacionados con la carga de prueba en la Biblioteca de modelos Ibis. Estos dos parámetros pueden ser determinados por los parámetros manuales del conductor y del usuario del dispositivo receptor.. Pueden compararse con los retrasos simulados de asentamiento y conmutación. Si los valores de retardo de conmutación obtenidos en modo lento son inferiores a los valores calculados, Los valores de retardo de conmutación obtenidos en modo rápido son mayores que los calculados., Entonces podemos obtener el rango de propdelay entre los dos dispositivos que realmente necesitamos. Durante la colocación de un dispositivo específico, Si el dispositivo no está en su lugar, La parte de la tabla de retardo correspondiente se mostrará en rojo, Cuando la posición se ajusta correctamente, se vuelve azul, Indica que la latencia entre dispositivos ha alcanzado el rango especificado de propdelay.

2.2 Design for Electro Magnetic Compatibility
Electromagnetic compatibility includes electromagnetic interference and electromagnetic tolerance, Eso es, Radiación electromagnética excesiva y sensibilidad a la radiación electromagnética. Hay dos tipos de interferencia electromagnética: interferencia conducida e interferencia radiada. La interferencia conductiva se refiere a la transmisión de señales de una red eléctrica a otra a través de medios conductores en forma de corriente. In PCB Board, El ruido del suelo y el ruido de la fuente de alimentación. La interferencia de radiación se refiere a la emisión de señales en forma de ondas electromagnéticas que afectan a otra red eléctrica.. En diseñoAlta velocidad PCB Board Sistema, Línea de señal de alta frecuencia, Pin de chip, Conectores, Etc.. pueden ser fuentes de interferencia de radiación con características de antena. De acuerdo con la importancia del diseño EMC, Puede dividirse en cuatro niveles: diseño a nivel de dispositivo y diseño a nivel de PCB, Diseño del sistema de puesta a tierra, Diseño del sistema de blindaje y diseño del filtro. Entre ellas figuran:, Los dos primeros son importantes., Equipo y PCB Board El diseño del nivel incluye principalmente la selección del dispositivo activo, Pila de circuitos, Diseño y cableado, Etc.. El diseño del sistema de puesta a tierra incluye principalmente el modo de puesta a tierra, Control de impedancia de puesta a tierra, Puesta a tierra del Circuito de puesta a tierra y del escudo. En la herramienta de simulación Cadence, Los parámetros de simulación de EMI se pueden establecer en X, Y, Dirección Z de la distancia, Rango de frecuencia, Margen de diseño, Cumplimiento de las normas, Etc.. Esta simulación pertenece a la simulación tardía, Comprobación principal del cumplimiento de los requisitos de diseño, Por consiguiente,, En trabajos anteriores, También necesitamos diseñar de acuerdo con la teoría de la interferencia electromagnética, La práctica habitual es controlar las reglas de diseño de EMI aplicadas a todos los aspectos del diseño., Implementación de la conducción y el control de reglas en cada enlace.

2.3 Power integrity design
InAlta velocidad Circuito, La integridad de la fuente de alimentación y la puesta a tierra también es un factor muy importante, Debido a que la integridad de la fuente de alimentación está estrechamente relacionada con la integridad de la señal. En la mayoría de los casos, La razón principal de la distorsión de la señal es el sistema de alimentación eléctrica. Por ejemplo: el ruido de rebote del suelo es demasiado alto, Diseño inadecuado del condensador de desacoplamiento, Mala segmentación de múltiples fuentes de alimentación o estratos de puesta a tierra, Diseño de estratos irrazonables, La distribución desigual de la corriente causará problemas de integridad de la fuente de alimentación, Causa distorsión de la señal y afecta a la integridad de la señal. La idea principal para resolver el problema es determinar el sistema de distribución, Dividir una placa de circuito de gran tamaño en varias placas de pequeño tamaño, Determinación del condensador de desacoplamiento basado en el ruido de rebote de la tierra, Y considerar en su conjunto PCB Board. Cuando tienen un gran flujo de corriente en el circuito, Si un gran número de chips se encienden al mismo tiempo, La fuente de alimentación del plano de la placa producirá una gran corriente transitoria en el chip, El ruido de la fuente de alimentación puede ser causado por la resistencia y la Inductancia del paquete de chips y el tablero de alimentación, No producirá fluctuaciones ni cambios de tensión en la formación de puesta a tierra real., El ruido afecta al resto de la acción. En diseño, Reducción de la capacidad de carga, Aumento de la resistencia a la carga, Reducir la Inductancia de puesta a tierra y el número de interruptores puede reducir la elasticidad de la puesta a tierra. Debido a la segmentación del plano geoeléctrico, Por ejemplo:, Los estratos se dividen en terreno digital, Puesta a tierra simulada, Puesta a tierra protegida, etc., Cuando la señal digital llega a la región analógica del suelo, Producirá ruido de retorno del suelo. Al mismo tiempo, Dependiendo del dispositivo seleccionado, La capa de alimentación se puede dividir en varias capas de tensión diferentes, Por lo tanto, se debe prestar especial atención a la catástrofe del suelo y al ruido de retorno.. La selección del sistema de distribución y del condensador de desacoplamiento es muy importante en el diseño de la integridad de la fuente de alimentación. Normalmente, keep the impedance between the power supply system (power supply and ground plane) as low as possible. Podemos determinar la impedancia objetivo que queremos lograr especificando el rango de tensión y corriente, A continuación, ajustar los factores relacionados en el circuito para hacer que la Impedancia de cada parte del sistema de energía y la impedancia objetivo. Para condensadores de desacoplamiento, Es necesario considerar los parámetros parasitarios del condensador, Cálculo cuantitativo del número de condensadores de desacoplamiento, la Capacitancia de cada condensador y la posición específica, No exceda de un condensador en la medida de lo posible, No menos de uno. En la herramienta de simulación Cadence, Ruido de conmutación sincrónico. En la simulación, Inductancia parasitaria, Capacitancia y resistencia entre la fuente de alimentación y la Inductancia parasitaria, Teniendo en cuenta la Capacitancia y resistencia del paquete de dispositivos, Los resultados son más realistas. Además, Según el tipo de circuito utilizado y la frecuencia de funcionamiento del sistema, Después de establecer los parámetros necesarios, Se puede calcular el tamaño adecuado de la Capacitancia y la posición de colocación., Se puede diseñar un circuito de puesta a tierra de baja impedancia para resolver el problema. PCB Board.