Tecnología de PCB - Resumen de la experiencia: habilidades de cableado de PCB

Diseño Es una de las habilidades de trabajo más básicas Diseño de Placa de circuito impreso En el interiorgeniero. Calidad Cableado Afectará directamente al rendimiento de todo el sistema. La mayoría de las teorías de diseño de alta velocidad finalmente deben ser implementadas y validadas de la siguiente manera: Diseño. Visible Cableado is very important in Diseño de Placa de circuito impreso de alta velocidad. A continuación se analiza la racionalidad de algunas situaciones que pueden encontrarse en la práctica. Cableado, Se dan algunas estrategias de enrutamiento más optimizadas.. Principalmente de tres aspectos para explicar: ángulo recto Cableado, Diferenciable Cableado, Línea serpentina.

1.. Cableado de ángulo recto

ángulo recto Cableado A menudo es una situación que debe evitarse en la medida de lo posible Placa de circuito impresoCableado, Casi se ha convertido en uno de los criterios para medir la calidad de vida. Cableado. ¿Entonces, cuál es el efecto de los ángulos rectos? Cableado Transmisión de señales? En principio, El enrutamiento en ángulo recto cambiará el ancho de línea de la línea de transmisión, Causa discontinuidad de impedancia. De hecho,, No sólo cableado de ángulo recto, Y hay esquinas, El cableado de ángulo agudo puede causar cambios en la Impedancia. Influencia del ángulo recto Cableado La influencia en la señal se manifiesta principalmente en tres aspectos: En primer lugar, el ángulo de rotación puede ser equivalente a la carga capacitiva en la línea de transmisión, Esto ralentiza el tiempo de subida; En segundo lugar, la discontinuidad de impedancia causará la reflexión de la señal; La tercera es la generación de puntas rectangulares. Interferencia electromagnética.

La Capacitancia parasitaria causada por el ángulo recto de la línea de transmisión se puede calcular mediante la siguiente fórmula empírica: C = 61w (ER) 1 / 2. / Z0 en la fórmula anterior, c Representa la Capacitancia equivalente del ángulo de rotación (Unidad: PF), W representa la anchura de la línea (Unidad: pulgada), y Z0 es la impedancia característica de la línea de transmisión. Por ejemplo, para una línea de transmisión de 50 ohmios de 4 mils (< 1 μr = 4,3), la Capacitancia del ángulo recto es de aproximadamente 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 = 0556ps

A través del cálculo, se puede ver que el efecto de Capacitancia del cableado de ángulo recto es muy pequeño. Con el aumento del ancho de línea de la trayectoria rectangular, la impedancia disminuirá, por lo que se producirá un cierto fenómeno de reflexión de la señal. Podemos calcular la impedancia equivalente después del aumento del ancho de línea de acuerdo con la fórmula de cálculo de la impedancia mencionada en el capítulo de la línea de transmisión, y luego calcular el coeficiente de reflexión de acuerdo con la Fórmula empírica: ⅱ = (ZS - Z0) / (ZS + Z0). Por lo general, el cambio de impedancia causado por el cableado en ángulo recto varía entre el 7% y el 20%, por lo que el coeficiente máximo de reflexión es de aproximadamente 0,1. Además, se puede ver que la Impedancia de la línea de transmisión cambia al mínimo durante la longitud de la línea W / 2, y luego vuelve a la impedancia normal después del tiempo W / 3. Todo el tiempo de cambio de impedancia es muy corto, generalmente dentro de 10 ps. Para la transmisión general de la señal, los cambios rápidos y pequeños son casi insignificantes.

Muchas personas tienen esta comprensión del cableado de ángulo recto, y piensan que las puntas son fáciles de transmitir o recibir ondas electromagnéticas y producir Interferencia electromagnética. Esta es una de las razones por las que mucha gente piensa que el cableado de ángulo recto no puede ser cableado. Sin embargo, muchos resultados prácticos de las pruebas muestran que la traza de ángulo recto no produce EMI más obvio que la línea recta. Tal vez el rendimiento actual del instrumento y el nivel de ensayo limitan la precisión de las pruebas, pero al menos un problema se explica. La radiación del cableado de 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 pensaba. Al menos en aplicaciones por debajo de GHz, cualquier efecto, como Capacitancia, reflexión, EMI, Etc.., rara vez se refleja en las pruebas TDR. Los ingenieros de diseño de Placa de circuito impreso de alta velocidad siguen centrándose en el diseño, el diseño de la fuente de alimentación / puesta a tierra y el diseño del cableado. A través de agujeros y otros. Por supuesto, aunque el efecto del cableado de ángulo recto no es muy grave, esto no significa que todos podamos usar el cableado de ángulo recto en el futuro. Prestar atención a los detalles es una cualidad básica que cada buen ingeniero debe poseer. Además, con el rápido desarrollo de circuitos digitales y Placa de circuito impreso, la frecuencia de las señales procesadas por los ingenieros aumentará continuamente. Para el diseño de radiofrecuencia de más de 10 GHz, estos ángulos rectos pequeños pueden convertirse en el foco de problemas de alta velocidad.

2 cableado diferencial

Differential signal (Differential Signal) is more Y more widely used in high-speed Diseño de circuitos. El diseño de la estructura diferencial se utiliza generalmente para la señal más crítica en el circuito.. Qué lo hace tan popular? Cómo asegurarse de que Diseño de Placa de circuito impreso? Estas dos preguntas, Pasamos a la siguiente parte. Qué es una señal diferencial? En palabras de un laico, El conductor envía dos señales iguales y opuestas, El receptor determina el Estado lógico "0" o "1" comparYo la diferencia entre dos tensiones.. Un par de trayectorias con señales diferenciales se llama trayectorias diferenciales..

En comparación con los rastros de señal de un solo extremo, la señal diferencial tiene las ventajas más obA través del agujero en los siguientes tres aspectos:

La capacidad de anti - interferencia es fuerte, porque el acoplamiento entre dos trayectorias diferenciales es muy bueno, cuando hay interferencia acústica externa, se acoplan casi simultáneamente a dos líneas, el receptor sólo se preocupa por la diferencia entre las dos señales. Por lo tanto, el ruido de modo común externo se puede eliminar completamente.

Puede inhibir eficazmente el IME. Por la misma razón, debido a la polaridad opuesta de las dos señales, los campos electromagnéticos que irradian pueden ser compensados entre sí. Cuanto más cerca está el acoplamiento, menos energía electromagnética se libera al mundo exterior.

El tiempo y la posición son precisos. Debido a que el cambio de conmutación de la señal diferencial se encuentra en el punto de intersección de dos señales, a diferencia de las señales de un solo extremo que dependen de tensiones umbral altas y bajas, se ve menos afectado por el proceso y la temperatura, y puede reducir el error de tiempo. También es más adecuado para circuitos con señales de baja amplitud.

The current popular LVD (ow voltage Diferenciable signaling) refers to this small amplitude differential signaling technology. Para Placa de circuito impreso Ingeniero, La mayor preocupación es cómo garantizar la diferenciación de estas ventajas Cableado Se puede utilizar plenamente en la práctica Cableado. Tal vez cualquiera que haya estado en contacto con Diseño Comprensión de los requisitos generales para los diferenciales Cableado, Eso es, "Equidistante". The equal length is to ensure that the two differential signals keep the opposite polarity at all times and reduce the common mode component; the equal distance is mainly to ensure that the differential impedance of the two is consistent and reduce the Reflejo. "Tan cerca como sea posible" es a veces uno de los requisitos del diferencial Cableado. Pero todas estas reglas no se aplican mecánicamente, Muchos ingenieros todavía parecen no entender la naturaleza de la transmisión de señales diferenciales de alta velocidad. A continuación se destacan los siguientes malentendidos comunes: Placa de circuito impreso Diseño de señales diferenciales.

Malentendido 1: se supone que las señales diferenciales no necesitan un plano de tierra como ruta de retorno, o que las trazas diferenciales se proporcionan mutuamente rutas de retorno. 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. De la estructura del receptor se desprende que las corrientes de los emisores de los transistores Q3 Y q4 son iguales y opuestas, y que sus corrientes en la tierra se cancelan con precisión entre sí (I1 = 0), por lo que el circuito diferencial es insensible a rebotes similares de tierra y otras posibles presencia, y no es sensible a las señales de ruido en la fuente de energía y el plano de tierra. La cancelación parcial del eco del plano del suelo no significa que el circuito diferencial no utilice el plano de referencia como la trayectoria del eco de la señal. De hecho, en el análisis de retorno de la señal, el mecanismo del cableado diferencial es el mismo que el cableado de un solo extremo, es decir, la señal de alta frecuencia siempre regresa a lo largo del bucle con Inductancia mínima, la mayor diferencia es que además del acoplamiento con el suelo, la línea diferencial también tiene Acoplamiento mutuo. ¿Qué acoplamiento es fuerte y cuál se convierte en la principal ruta de retorno?

In Placa de circuito impresoDiseño de circuitos, El acoplamiento entre trayectorias diferenciales es generalmente pequeño, Normalmente sólo representa entre el 10% y el 20% del grado de acoplamiento, Más importante aún, el acoplamiento con el suelo, Por lo tanto, la trayectoria de retorno principal de la trayectoria diferencial todavía existe en el plano del suelo.. . Cuando hay discontinuidades en el plano local, El acoplamiento entre trazas diferenciales proporcionará la ruta principal de retorno en una región sin plano de referencia. Aunque la influencia de la discontinuidad del plano de referencia en las trayectorias diferenciales no es tan grave como las trayectorias ordinarias de un solo extremo, Todavía reduce la calidad de la señal diferencial y aumenta el IME, Esto debe evitarse en la medida de lo posible. Algunos diseñadores también creen que el plano de referencia bajo la trayectoria diferencial puede ser eliminado para suprimir algunas señales de modo común en la transmisión diferencial., Pero este enfoque no es teóricamente deseable. Cómo controlar la Impedancia? No proporcione circuitos de impedancia de tierra para señales de modo común, Esto inevitablemente causará radiación EMI, Esto es más perjudicial.

Mito 2: la gente piensa que es más importante mantener la distancia igual que la longitud de la línea de coincidencia. En realidad Diseño de Placa de circuito impreso, Por lo general, no puede satisfacer los requisitos de diseño diferencial al mismo tiempo.. Debido a la distribución de pin y otros factores, vias, and Cableado Espacio, Debe utilizarse un devanado adecuado para que coincida con la longitud de la línea, Pero el resultado debe ser que algunas regiones del par diferencial no pueden ser paralelas. ¿Qué vamos a hacer ahora?? Qué opción? Antes de llegar a una conclusión, Echemos un vistazo a los siguientes resultados de simulación. De los resultados de la simulación se desprende que:, Se puede ver que las formas de onda de los esquemas 1 y 2 son casi idénticas., Eso es to say, El efecto de la distancia desigual es mínimo. En comparación, El desajuste de la longitud de la línea tiene un mayor efecto en el tiempo.. ((opción iii)). Análisis teórico, Aunque el espaciamiento inconsistente causará cambios en la impedancia diferencial, Porque el acoplamiento entre los pares de diferencias no es significativo, El rango de impedancia también es muy pequeño, Normalmente dentro del 10%, Esto equivale a un solo paso. La reflexión causada por el agujero no tiene un efecto significativo en la transmisión de la señal.. Una vez que la longitud de la línea no coincide, Además del desplazamiento temporal, Introducción de componentes de modo común en señales diferenciales, Esto reduce la calidad de la señal y aumenta el IME. Se puede decir que la regla más importante en el diseño es Placa de circuito impreso differential Cableado Es la longitud de la línea de coincidencia, Otras normas pueden aplicarse de manera flexible de acuerdo con los requisitos de diseño y la aplicación práctica..

Malentendido 3: el cableado diferencial debe estar muy cerca. Mantener las trayectorias diferenciales cerca no sólo aumenta su acoplamiento, sino que también puede hacer pleno uso de la polaridad opuesta del campo magnético para contrarrestar la interferencia electromagnética en el mundo exterior. Aunque este enfoque es muy útil en la mayoría de los casos, no es absoluto. Si podemos asegurarnos de que están completamente protegidos contra la interferencia externa, entonces ya no necesitamos anti - interferencia a través de un fuerte acoplamiento entre nosotros. Y el propósito de inhibir el IME. ¿Cómo garantizar un buen aislamiento y blindaje de las trazas diferenciales? Uno de los métodos más básicos es aumentar el espaciamiento de las trazas de otras señales. La energía del campo electromagnético disminuye con el cuadrado de la distancia. Por lo general, cuando la distancia entre líneas es superior a 4 < ancho de línea, la interferencia entre ellos es muy débil. Básicamente puede ser ignorado. Además, el aislamiento del plano de puesta a tierra también puede desempeñar un buen papel de blindaje. Esta estructura se utiliza generalmente para el diseño de Placa de circuito impreso de alta frecuencia (más de 10 g). Se llama estructura cpw y garantiza una impedancia diferencial estricta. Control (2z0) Span = "" ">

Los rastros diferenciales también pueden funcionar en diferentes capas de señal, pero este método no se recomienda generalmente, ya que las diferencias de impedancia y a través de agujeros en las diferentes capas pueden destruir el efecto de la transmisión de modo diferencial e introducir ruido de modo común. Además, si las dos capas adyacentes no están estrechamente acopladas, la capacidad de resistencia al ruido de la trayectoria diferencial se reducirá, pero si se puede mantener una distancia adecuada de la trayectoria circundante, la conversación cruzada no es un problema. El IME no se convierte en un problem a serio en frecuencias generales (por debajo de GHz). Los resultados experimentales muestran que la atenuación de la energía de radiación a una distancia de 500 millas es de 60 dB a una distancia de 3 metros, lo que es suficiente para cumplir el estándar de radiación electromagnética FCC. Por lo tanto, los diseñadores no tienen que preocuparse demasiado por la incompatibilidad electromagnética causada por el acoplamiento insuficiente de la Línea diferencial.