p>Con el aumento de la velocidad de conmutación de Salida y la densidad del circuito integrado
PCB Board, La integridad de la señal se ha convertido en uno de los problemas más importantes en la comunicación digital de alta velocidad. PDiseño CB. Parámetros del componente y PCB Boards, Y la disposición de los componentes PCB Board , El cableado de líneas de señal de alta velocidad y otros factores pueden causar problemas de integridad de la señal.
Para PDiseño CB, La integridad de la señal requiere un diseño de tablero que no afecte a la secuencia o tensión de la señal, Para el cableado de circuitos, Requisitos de integridad de la señal, Estrategia de colocación, Información de enrutamiento. Alta velocidad de la señal PCB, Componentes terminales colocados incorrectamente, O el cableado incorrecto de la señal de alta velocidad puede causar problemas de integridad de la señal, Esto puede causar que el sistema produzca datos incorrectos, El circuito funciona mal, ni siquiera funciona.. En el proceso de diseño, se ha convertido en un punto caliente de la investigación considerar plenamente los factores de integridad de la señal y adoptar medidas de control eficaces. PCB Design Industry.
1.. Signal integrity issues
Good signal integrity means that the signal responds with the correct timing and voltage level values when needed. Por el contrario, Cuando la señal no responde correctamente, se produce un problema de integridad de la señal. Los problemas de integridad de la señal pueden causar o directamente distorsiones de la señal, Error de tiempo, Datos erróneos, Dirección y línea de control, Fallo del sistema, Incluso un colapso del sistema. Causado por una combinación de múltiples factores.. Velocidad de conmutación del CI, Componentes terminales colocados incorrectamente, O el enrutamiento incorrecto de la señal de alta velocidad puede causar problemas de integridad de la señal. Los principales problemas de integridad de la señal incluyen: retraso, Introspección, Ruido de conmutación sincrónico, Oscilación, Rebote en tierra, Crosstalk, Etc..
2.......... Definition of Signal Integrity
Signal integrity refers to the ability of the signal to respond with the correct timing and voltage in the circuit. Este es un Estado en el que la señal no está dañada. Indica la calidad de la señal en la línea de señal.
2.1 Delay
Delay means that the signal is transmitted at a limited speed on the wires of the PCB Board. La señal se envía desde el transmisor al receptor, Y hay un retraso de transmisión entre ellos.. El retraso de la señal afectará el tiempo del sistema, El retraso de propagación depende principalmente de la longitud del cable y de la constante dieléctrica del medio circundante.. En sistemas digitales de alta velocidad, La longitud de la línea de transmisión de la señal es un factor directo que afecta a la diferencia de fase del pulso del reloj. La diferencia de fase del pulso del reloj se refiere a dos señales del reloj producidas simultáneamente., Y su tiempo de llegada al receptor no está sincronizado. La diferencia de fase del pulso del reloj reduce la previsibilidad de la llegada del borde de la señal. Si la diferencia de fase del pulso del reloj es demasiado grande, El receptor producirá una señal de error. Como se muestra en la figura 1, El retraso de la línea de transmisión se ha convertido en una parte importante del ciclo de pulso del reloj.
2.2 Reflection
The reflection is the echo on the sub-transmission line. When the signal delay time (Delay) is much greater than the signal transition time (Transition Time), La línea de señal debe utilizarse como línea de transmisión. Cuando la impedancia característica de la línea de transmisión no coincide con la Impedancia de carga, part of the signal power (voltage or current) is transmitted to the line and reaches the load, Pero parte de ella se refleja. Si la Impedancia de carga es inferior a la impedancia original, El reflejo es negativo; De lo contrario, La respuesta es positiva. Variación geométrica de la trayectoria, Error de terminación, Transmisión a través del conector, Sin embargo, la discontinuidad del plano de potencia conduce a este tipo de reflexión.
2.3..... SSN
When many digital signals on the PCB are switched synchronously (such as the data bus of the CPU, Bus de direcciones, Etc..), Debido a la impedancia en el cable de alimentación y el cable de tierra, Se producirá un ruido de conmutación sincrónico, El plano de tierra rebotará en el cable de tierra. Noise (Rebote en tierra). La fuerza de SSN y rebote en tierra también depende de I/Características de los circuitos integrados o, Impedancia de la capa de alimentación y la capa plana PCB, Diseño y cableado de equipos de alta velocidad PCB.
2.4. Crosstalk
Crosstalk is the coupling between two signal lines, La Inductancia mutua y la Capacitancia mutua entre las líneas de señal generan ruido en las líneas. Corriente acoplada inductivamente capacitiva, Mientras que el acoplamiento inductivo genera tensión de acoplamiento. Ruido de conversación cruzada derivado del acoplamiento electromagnético entre líneas de señal, Entre el sistema de señales y el sistema de distribución, Y entre los orificios. Crosstalk puede causar un reloj equivocado, Error de datos intermitente, Etc.., Influencia en la calidad de transmisión de las señales adyacentes. De hecho,, No necesitamos eliminar completamente el entrelazamiento, Mientras el control esté dentro de los límites del sistema. Parámetros PCapa de negro de carbono, Distancia entre líneas de señal, Características eléctricas del conductor y del receptor, El método de terminación de la línea de base tiene cierta influencia en la conversación cruzada..
2.5 Overshoot and Undershoot
Overshoot is a peak or valley value exceeding the set voltage, Para el borde ascendente, Se refiere al voltaje, Borde descendente, Se refiere al voltaje. Downburst significa que el siguiente Valle o pico supera el voltaje establecido. Sobrecorriente sobre la Asamblea que conduce al funcionamiento del diodo de protección, Causar su fracaso prematuro. Excessive undershoot can cause spurious clock or data errors (misoperations).
2.6 Ringing and Rounding
Oscillation is the repeated overshoot and undershoot. La oscilación de la señal es causada por Inductancia y Capacitancia transitorias en la línea., Pertenece al Estado infraamortiguado, La vibración circundante pertenece al Estado de sobreamortiguación. Oscilaciones y oscilaciones envolventes, Como reflejo, Es causado por muchos factores, Y la oscilación puede reducirse mediante una terminación adecuada, Pero no se puede eliminar completamente.
2.7 Ground bounce noise and return noise
When there is a large current surge in the circuit, Esto dará lugar a un ruido de rebote en el plano del suelo. Por ejemplo:, Cuando la salida de un gran número de chips se enciende simultáneamente, Grandes corrientes transitorias fluirán a través del plano de alimentación del CHIP y la placa de circuito, El embalaje del CHIP y la fuente de alimentación, la Inductancia plana y la resistencia pueden causar ruido de la fuente de alimentación, which creates voltage fluctuations and changes in the true ground plane (OV), Esto afecta el comportamiento de otros componentes. Aumento de la capacidad de carga, Reducción de la resistencia a la carga, Aumento de la Inductancia de puesta a tierra, El aumento del número de dispositivos de conmutación dará lugar a un aumento del rebote de la tierra. Due to the division of the ground plane (including power supply and ground), Por ejemplo:, Plano horizontal dividido en plano digital, SIMULATIVE, Escudo, Etc.., Cuando la señal digital llega a la región analógica de puesta a tierra, Producirá ruido de retorno del plano de puesta a tierra. Del mismo modo, El plano de potencia también se puede dividir en 2.5v, 3.3 V, 5v, Etc.. Por consiguiente,, En múltiples tensiones PDiseño CB, Debe prestarse especial atención al ruido de rebote y al ruido de retorno del plano del suelo.
3. Signal integrity solutions
The signal integrity problem is not caused by a single factor, Pero esto es causado por muchos factores en el diseño a nivel de Junta. Los principales problemas de integridad de la señal incluyen la reflexión, Sonando, ground bounce, Crosstalk, Etc.. A continuación se describen principalmente las conversaciones cruzadas y los reflejos.
3.1 Crosstalk Analysis
Crosstalk refers to the undesired voltage noise interference on adjacent transmission lines due to electromagnetic coupling when a signal propagates on a transmission line. Demasiados comentarios cruzados pueden causar que el circuito se active incorrectamente, Hacer que el sistema no funcione correctamente. Porque el tamaño de la conversación cruzada es inversamente proporcional a la distancia entre líneas, Es proporcional a la longitud paralela de la línea. Crosstalk varía con la carga del circuito. Para la misma topología y cableado, Mayor carga, Cuanto mayor sea la conversación cruzada. La conversación cruzada es proporcional a la frecuencia de la señal. En circuitos digitales, Influencia de la variación del borde de la señal en la conversación cruzada. Cuanto más rápido cambia el borde, Cuanto mayor sea la conversación cruzada.
De acuerdo con las características de crosstalk anteriores, it can be summarized into the following methods to reduce crosstalk:
1) Reduce the transition rate of the signal edge if possible. Al seleccionar un dispositivo, Bajo la condición de que se cumplan las especificaciones de diseño, elija el equipo de velocidad lenta en la medida de lo posible, Y evitar mezclar diferentes tipos de señales, Debido al riesgo potencial de conversación cruzada de señales de cambio rápido a señales de cambio lento.
2) The crosstalk generated by capacitive coupling and inductive coupling increases with the increase of the load impedance of the interfered line, Por lo tanto, la reducción de la carga puede reducir la influencia de la interferencia de acoplamiento..
3) When the wiring conditions permit, Reducir al mínimo la longitud paralela de las líneas de transmisión adyacentes o aumentar la distancia entre las líneas de acoplamiento capacitivo que puedan ocurrir, such as using the 3W principle (the distance between traces must be a single trace width) 3 times or the distance between two traces must be greater than 2 times the width of a single trace). Un método más eficaz es aislar los cables con cables de tierra.
4) Inserting a ground wire between adjacent signal wires can also effectively reduce capacitive crosstalk. Este cable de tierra requiere cada 1/4 longitudes de onda.
5) It is difficult to suppress inductive coupling. Es necesario reducir al mínimo el número de bucles, Reducir el área del bucle, Evitar que el bucle de señal comparta la misma sección de alambre.
6) The signal layer traces of two adjacent layers should be vertical, Las trayectorias paralelas deben evitarse en la medida de lo posible para reducir la conversación cruzada entre capas.
7) The surface layer has only one reference layer, El acoplamiento del cableado de la capa superficial es más fuerte que el cableado de la capa media. Por consiguiente,, Las señales más sensibles a las conversaciones cruzadas deben colocarse en la capa interna en la medida de lo posible..
8) Through termination, El extremo lejano y cercano de la línea de transmisión y la impedancia terminal coinciden con la línea de transmisión, Esto puede reducir en gran medida la interferencia cruzada y reflexiva.
3.2 Reflection Analysis
When the signal propagates on the transmission line, Cuando se encuentra con un cambio de impedancia, Se producirá un reflejo. El principal método para resolver el problema de reflexión es realizar la correspondencia de impedancia terminal.
1) Typical Transmission Line Termination Strategy
In high-speed digital systems, El desajuste de impedancia en la línea de transmisión dará lugar a la reflexión de la señal. El método para reducir y eliminar la reflexión es emparejar la impedancia terminal en el transmisor o receptor de acuerdo con la impedancia característica de la línea de transmisión., Hacer que el coeficiente de reflexión de la fuente o la carga sea o. The length of the transmission line meets the following conditions and should use termination technology: L>tr/2tpd. En la fórmula, L es la longitud de la línea de transmisión; Tr es el tiempo de subida de la señal fuente; TPD es el retardo de transmisión de carga por unidad de longitud de la línea de transmisión. Las terminales de la línea de transmisión suelen adoptar dos estrategias: emparejar la Impedancia de carga con la Impedancia de la línea de transmisión, Eso es, Terminación paralela; Y emparejar la Impedancia de la fuente con la Impedancia de la línea de transmisión., Eso es, Terminal serial.
2) PTerminación paralela
PLa terminación paralela consiste principalmente en conectar la impedancia hacia arriba o hacia abajo lo más cerca posible del extremo de carga para realizar la correspondencia de la impedancia terminal..
3) Serial termination
Serial termination is achieved by inserting a resistor into the transmission line in series as close to the source as possible. El terminal serie debe coincidir con la Impedancia de la fuente de señal. La resistencia de la resistencia de la serie insertada más la Impedancia de salida de la fuente de accionamiento debe ser mayor o igual a la Impedancia de la línea de transmisión. This strategy suppresses the signal reflected back from the load by making the reflection coefficient at the source end (the load end inputs high impedance and does not absorb energy) and then reflects back from the source end to the load end.
3.2.2. Diferentes tecnologías de terminación Process Devices
The technical solutions of impedance matching and termination vary with the interconnection length and the series of logic devices in the circuit. La reflexión de la señal sólo puede reducirse eficazmente si se utilizan métodos de terminación correctos y apropiados en determinadas circunstancias.. En general, Fuente de accionamiento del proceso CMOS, Su valor de impedancia de salida es relativamente estable, cerca del valor de impedancia de la línea de transmisión., Por lo tanto, la aplicación de la tecnología de terminales serie a los dispositivos CMOS dará mejores resultados. Cuando la fuente de accionamiento del proceso ttl está en el nivel alto y bajo de la lógica de salida, la Impedancia de salida es diferente.. En este momento, El esquema paralelo de terminación de davinam es una mejor estrategia. Los dispositivos ecl suelen tener una Impedancia de salida muy baja, Por lo tanto, el circuito ecl utiliza una resistencia terminal desplegable en el extremo receptor del circuito ecl para absorber energía. Tecnología general de terminales. Por supuesto., Los métodos anteriores son diferentes. Diferencias en circuitos específicos, Selección de topología de red, El número de cargas en el receptor es todos los factores que influyen en la estrategia de terminación. Por consiguiente,, Al implementar el esquema de terminación de circuitos en circuitos de alta velocidad, Es necesario tener en cuenta las circunstancias específicas. Seleccionar el esquema de terminación adecuado para obtener el mejor efecto de terminación.
4. Signal integrity analysis and modeling
Reasonable circuit modeling and simulation is a common solution to signal integrity. En el diseño de circuitos de alta velocidad, El análisis de simulación muestra cada vez más sus ventajas.. Proporciona a los diseñadores resultados de diseño precisos e intuitivos, Esto facilita la detección temprana de problemas y la modificación oportuna, Para acortar el tiempo de diseño y reducir el costo del diseño. Hay tres modelos comunes:PModelo de hielo, Modelo Ibis, Modelo verilog - a. SPIce es un poderoso simulador de circuitos analógicos de uso general. Consta de dos partes: ecuación modelo y modelo PParámetros. Dado que se proporcionan las ecuaciones del modelo, SPEl modelo Ice está estrechamente relacionado con el algoritmo del simulador, Además, se puede obtener una mejor eficiencia y resultados analíticos. El modelo Ibis está diseñado específicamente para PCB Board Nivel y nivel del sistema. Modelo analítico. Utiliza la forma de I/V y V/Cuadro I Descripción de las características de los circuitos integrados digitales/Unidad o y pin. El análisis del modelo Ibis depende principalmente del número de puntos de datos y 1/V y V/Tabla t. Y SPModelo de hielo, El cálculo del modelo Ibis es pequeño. Garantizar
PCB Board Buena integridad de la señal, Es necesario integrar diversos factores de influencia, Diseño y cableado razonables, Para mejorar el rendimiento del producto.
