Tecnología de PCB - Estrategia de cableado profesional en el diseño de PCB

El diseño es una de las habilidades 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 finalmente se implementarán y verificarán a través del diseño. Por lo tanto, el cableado es muy importante en el diseño de PCB de alta velocidad. A continuación se analizará su racionalidad y se darán algunas estrategias de cableado optimizadas para algunas situaciones que puedan encontrarse en el cableado real. Se expone principalmente desde tres aspectos: cableado recto, cableado de distribución diferencial y cableado en forma de serpiente.

1. cableado en ángulo recto

El cableado de PCB generalmente requiere evitar el cableado en ángulo recto, que se ha convertido casi en uno de los criterios para medir la calidad del cableado. ¿¿ cuánto impacto tendrá el enrutamiento en ángulo recto en la transmisión de señal? En principio, el cableado en ángulo recto cambia el ancho de la línea de transmisión, lo que resulta en una discontinuidad de la resistencia. De hecho, no solo el cableado en ángulo recto, sino también el cableado en ángulo SHIELD y ángulo agudo pueden causar cambios de resistencia.

El impacto del enrutamiento en ángulo recto en la señal se refleja principalmente en tres aspectos: primero, el ángulo de rotación puede ser equivalente a la carga capacitiva en la línea de transmisión para ralentizar el tiempo de subida; En segundo lugar, la resistencia discontinua puede causar reflexión de la señal; El tercero es el EMI producido por la punta del ángulo recto.

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 [tamaño = 1] 1 / 2 [tamaño] / Z0

En la fórmula anterior, C es el capacitor equivalente del ángulo (unidad: pf), W es el ancho del cableado (unidad: pulgada), la isla R es la constante dieléctrica del medio y Z0 es la resistencia característica de la línea de transmisión. Por ejemplo, para una línea de transmisión de 50 Ohm de 4mils (isla μr es 4,3), el ángulo recto aporta una capacidad de unos 00101 pf, y luego se puede estimar la variación del tiempo de subida que causa:

T10 - 90% = 2,2 * C * Z0 / 2 = 2,2 * 00101 * 50 / 2 = 0556ps

A través del cálculo, se puede ver que el efecto capacitivo causado por el cableado en ángulo recto es muy pequeño.

A medida que aumenta el ancho de la línea del ángulo recto, la resistencia disminuirá y 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 la 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 durante un largo período de tiempo en la línea W / 2, y luego vuelve a la resistencia normal después del tiempo W / 2. Todo el tiempo de cambio de resistencia es muy corto, generalmente dentro de 10 ps. Para la transmisión general de la señal, este cambio rápido y pequeño es casi insignificante.

Muchas personas tienen esta comprensión del cableado de ángulo recto, creyendo que la punta es fácil de emitir o recibir ondas electromagnéticas y producir emi, lo que también se ha convertido en una de las razones por las que muchas personas piensan que el cableado de ángulo recto no se puede usar. Sin embargo, los resultados de muchas pruebas prácticas muestran que el cableado en ángulo recto no produce un EMI significativo en comparación con el cableado en línea recta. Tal vez el rendimiento actual del instrumento y el nivel de prueba limitan la precisión de la prueba, pero al menos indica un problema, es decir, la radiación de la ruta del ángulo recto es menor que el error de medición del propio instrumento.

En general, el cableado en ángulo recto no es tan malo como se esperaba. Al menos en aplicaciones por debajo de ghz, casi no se puede reflejar ningún efecto como condensadores, reflejos y EMI en las pruebas tdr. Los ingenieros de diseño de PCB de alta velocidad deben centrarse en el diseño, el diseño de fuente de alimentación / tierra, el diseño de cableado, el paso 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 una cualidad básica necesaria para cada ingeniero sobresaliente. Además, con el rápido desarrollo de los circuitos digitales, la frecuencia de señal procesada por los ingenieros de PCB seguirá aumentando a más de 10 GHz en el campo del diseño de radiofrecuencia, y estos pequeños ángulos rectos pueden convertirse en el foco de problemas de alta velocidad.

Línea de distribución diferencial de PCB

La señal diferencial se aplica cada vez más ampliamente en el diseño de circuitos de alta velocidad. Las señales más críticas en el circuito a menudo se diseñan con una estructura diferencial. ¿¿ qué lo hace tan popular? ¿¿ cómo podemos garantizar su buen rendimiento en el diseño de pcb? Con estos dos temas, discutiremos la siguiente parte.

¿¿ qué es una señal diferencial? En general, el conductor envía dos señales equivalentes y en fase inversa, y el receptor juzga si el Estado lógico es "0" o "1" comparando la diferencia entre los dos voltios. Los pares de rutas que llevan señales diferenciales se llaman rutas diferenciales.