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En el diseño electrónico moderno, el diseño de PCB es crucial, y el bus, como canal clave de comunicación entre varios dispositivos, proporciona la base para el rendimiento y la eficiencia del diseño de pcb. Este artículo profundizará en las características, ventajas y desventajas y escenarios de aplicación de autobuses paralelos y serie en el diseño de PCB de alta velocidad para ayudar a los ingenieros de diseño a comprender y seleccionar mejor los tipos de autobuses adecuados.
El bus es una ruta física compartida para la comunicación entre dos o más dispositivos, una colección de líneas de señal y un enlace público entre múltiples componentes para transmitir información entre ellos. Según su modo de operación, hay dos tipos principales de autobuses: autobuses paralelos y autobuses serie.
El bus paralelo está diseñado para permitir la transmisión simultánea de datos de varios bits. Esta estructura de bus es similar a una amplia carretera, que puede acomodar múltiples vehículos que circulan simultáneamente, generalmente para situaciones en las que los requisitos de transmisión de datos son más altos. La ventaja de los autobuses paralelos es que los datos se transmiten rápidamente, ya que se pueden transmitir múltiples señales al mismo tiempo. Sin embargo, a medida que aumenta la velocidad de transmisión de datos, también surgen problemas de integridad e interferencia de la señal. las conexiones de bus paralelas requieren más líneas de señal, lo que resulta en un aumento de la complejidad del diseño, y en las operaciones de alta frecuencia no se pueden ignorar los problemas de conversación cruzada y retraso entre las señales.
A diferencia de los autobuses paralelos, los autobuses serie transmiten datos uno tras otro en orden de bits. Las señales en serie suelen utilizar menos líneas de señal, lo que hace que el cableado sea más simple y claro. Debido a que la transmisión de datos solo requiere uno o varios cables, el bus serie es particularmente importante para reducir el espacio ocupado en el PCB y reducir la complejidad del producto terminado.
Los autobuses serie suelen ser más resistentes a las interferencias, especialmente cuando se utilizan señales diferenciales, en las que cada par de líneas diferenciales está compuesto por electrodos positivos y negativos, lo que mejora la integridad de la señal. Aunque el bus serie transmite menos bits por unidad de tiempo, se puede lograr una mayor tasa de datos utilizando una tasa de propagación más alta.
El bus paralelo es adecuado para aplicaciones que requieren alto ancho de banda y baja latencia. Las aplicaciones comunes incluyen la transmisión de datos dentro de la computadora y la conexión de periféricos de alto rendimiento, como tarjetas gráficas. Los autobuses paralelos son capaces de transmitir datos de varios bits al mismo tiempo, lo que les da una ventaja significativa al procesar grandes cantidades de datos. Por ejemplo, los autobuses informáticos tradicionales como PCI y PCIe utilizan paralelismo para la transmisión rápida de datos. Sin embargo, a altas frecuencias de trabajo, puede haber interferencias graves entre líneas de señal paralelas, por lo que los diseñadores deben considerar el mantenimiento de la integridad de la señal y la gestión de interferencias al usar autobuses paralelos. Las técnicas adecuadas de cableado y regulación de señales pueden reducir efectivamente el impacto de estos problemas.
En comparación con los autobuses paralelos, los autobuses serie funcionan mejor en la transmisión de datos de larga distancia y el intercambio de datos a gran escala. El cableado de autobuses serie es simple y de bajo costo, y es una de las principales opciones de comunicación moderna. La aplicación incluye varios estándares de interfaz, como i2c, SPI y usb, y se utiliza ampliamente para la conexión entre sensores, microcontroladores y otros dispositivos periféricos. El diseño del bus serie le da ventajas en la resistencia a las interferencias, lo que lo hace adecuado para entornos con interferencias electromagnéticas graves. Por ejemplo, can bus es un Protocolo de comunicación en serie comúnmente utilizado en aplicaciones automotrices e industriales, y su potente mecanismo de detección de errores y redundancia garantiza una transmisión confiable de datos en entornos complejos.
Solo se puede transmitir un dato a la vez, como una carretera estrecha, que solo permite que un vehículo camine sobre él. los datos deben transmitirse uno tras otro, pareciendo una larga cadena de datos, por lo que se llaman "seriales".
El mejor ejemplo de transmisión paralela es el chip de memoria ddr. Tiene un conjunto de líneas de datos D0 - d7, así como dqs y dqm. Este Grupo de líneas se transmiten juntas. No importa cuál sea el bit equivocado, los datos no se transmitirán correctamente. Solo se retransmite. Por lo tanto, cada cable del cable de datos debe tener la misma longitud y debe enredarse varias veces.
Los datos en serie son diferentes. Los datos se transmiten uno por uno y no hay conexión entre bits. Este bit no tiene errores y no se puede transmitir el siguiente. Los datos paralelos son un conjunto de datos, uno de los cuales se equivoca y todo el conjunto de datos no funcionará.
Requisitos de cableado de PCB
Requisitos de cableado de autobuses paralelos:
(1) se recomienda que el autobús tenga el mejor cableado interno y que la distancia entre el autobús y otros cables aumente en la medida de lo posible.
(2) además de los requisitos especiales, la resistencia de diseño de una sola línea está garantizada en 50 ohms y la resistencia de diseño diferencial está garantizada en 100 ohms.
(3) se recomienda que el mismo grupo de autobuses mantenga la misma longitud de cableado y siga una cierta relación de tiempo con la línea de reloj, y controle la longitud de cableado con referencia a los fuertes resultados del análisis de tiempo.
(4) se recomienda estar lo más cerca posible de la fuente de alimentación I / o o del plano de referencia gnd de este grupo de autobuses para garantizar la integridad del plano de referencia.
(5) los autobuses con un tiempo de subida inferior a 1 ns requieren un plano de referencia completo y no deben pasar por la división.
(6) se recomienda reducir los requisitos de cableado del reloj de referencia del bus de Dirección.
(7) la distancia entre los cables de devanado en forma de serpiente no debe ser inferior a tres veces el ancho de la línea.
Requisitos de cableado de bus serie de PCB de alta velocidad
Para los autobuses serie con una frecuencia superior a 100 mbps, además de seguir las reglas generales de control de conversación cruzada y cableado de los autobuses paralelos, también hay algunos requisitos adicionales que deben tenerse en cuenta en el diseño de cableado:
(1) el bus serie PCB de alta velocidad debe considerar la pérdida de cableado y determinar el ancho y la longitud de la línea.
(2) se recomienda que el ancho de la línea no sea inferior a 5 ML en circunstancias normales, y el cableado debe ser lo más corto posible.
(3) los autobuses serie de alta velocidad no deben perforarse y reemplazarse, excepto los agujeros de salida del ventilador.
(4) cuando la velocidad de inserción de los pines involucrados en el bus serie sea superior a 3125gbps, se debe optimizar la almohadilla para reducir el impacto no radiante causado por la resistencia discontinua.
(5) se recomienda seleccionar la capa de cableado más pequeña de la línea corta a través del agujero al reemplazar la capa de cableado del bus serie de alta velocidad. Para la señal del conector, cuando el espacio de cableado es limitado, las capas de cableado con cortes cortos de agujeros cortos se asignan prioritariamente al extremo de envío.
(6) se recomienda perforar un agujero de tierra junto al agujero de paso de la señal cuando la velocidad sea de 3125gbps o más, y los condensadores de acoplamiento AC también deben ser tratados de manera especial para evitar almohadillas.
(7) si se procesa el agujero de paso de la señal de alta velocidad a través de la perforación inversa, es necesario considerar el impacto de la reducción de la capacidad de corriente en el plano de tierra de la fuente de alimentación y el aumento de la inducción del Circuito del filtro después de que el cuello de botella del flujo se reduzca.
(8) la señal de alta velocidad evita las líneas divisorias de la capa plana, y la distancia horizontal entre el borde de la línea de señal y el borde de la línea divisoria está garantizada en 3w.
(9) las señales bidireccionales de alta velocidad no deben cruzarse y desviarse.
