L'actualité PCB - Causes et solutions aux problèmes d'intégrité du signal dans la conception de PCB haute vitesse

Avec le développement continu de la technologie des semi - conducteurs et de la technologie micrométrique à pression profonde, la vitesse de commutation des circuits intégrés est passée de quelques dizaines à plusieurs centaines de mégahertz, voire plusieurs gigahertz. Dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, les ingénieurs rencontrent souvent des problèmes d'intégrité du signal tels que les faux déclencheurs, les oscillations amorties, les dépassements, les descentes et la diaphonie. Cet article explique pourquoi ils sont formés, comment ils sont calculés et comment la méthode de simulation Ibis peut être utilisée dans allegro pour résoudre ces problèmes.

1 Définition de l'intégrité du signal

L'intégrité du signal (si) fait référence à la qualité du signal sur une ligne de signal. La mauvaise intégrité du signal n'est pas causée par un seul facteur, mais par une combinaison de nombreux facteurs dans la conception au niveau de la carte. Raisons de l'intégrité du signal

La destruction comprend la réflexion, la sonnerie, le rebond de la terre, la diaphonie, etc. avec l'augmentation de la fréquence du signal, l'intégrité du signal est devenue un point focal pour les ingénieurs de circuits imprimés à grande vitesse.

2 réflexions

2.1 formation et calcul de la réflexion

La discontinuité de l'impédance sur la ligne de transmission provoque la réflexion du signal et lorsque l'impédance de l'alimentation et de la charge ne correspond pas, la charge réfléchit une partie de la tension vers l'alimentation. La transmission par ligne différentielle résout de nombreux problèmes.

Qu'est - ce qu'un signal différentiel? En termes simples, le pilote envoie deux signaux inversés équivalents et le récepteur compare la différence entre les deux tensions pour déterminer si l'état logique est "0" ou "1". Cette paire de lignes portant un signal différentiel est appelée ligne différentielle. Comment est calculée l'impédance de ligne différentielle? Toutes sortes d'impédances de signal différentiel sont différentes, comme usb d + D -, l'impédance de ligne différentielle est de 90 ohms, 1394 ligne différentielle est de 110 ohms, regardez d'abord les spécifications ou les informations connexes. Il existe maintenant de nombreux outils de calcul d'impédance, tels que polar si9000, qui influencent les facteurs de largeur de ligne d'impédance différentielle, d'espacement des lignes différentielles, de constante diélectrique, d'épaisseur diélectrique (épaisseur diélectrique entre les lignes différentielles et la surface de référence), ajustant généralement l'espacement et la largeur des lignes différentielles pour contrôler l'impédance différentielle. Lors de la fabrication d'une plaque, vous devez également indiquer au fabricant la ligne sur laquelle vous souhaitez contrôler l'impédance. Le signal de différence est une représentation numérique de la différence entre deux grandeurs physiques. Strictement parlant, tous les signaux de tension sont différentiels, car une tension ne peut être relative qu'à une autre. Dans certains systèmes, la masse du système est utilisée comme point de référence de tension. Cette planification du signal est considérée comme une extrémité unique lorsque la masse est utilisée comme référence pour les mesures de tension. Nous utilisons ce terme parce que le signal est représenté par la tension sur un seul conducteur.

L'avantage d'un signal différentiel est qu'il est facile d'identifier les petits signaux car vous contrôlez la tension de « référence». Dans un schéma de signal à une extrémité de la Fondation, la valeur du signal mesuré dépend de la cohérence du système de la Fondation. Plus la source et le récepteur sont éloignés, plus il est probable que leurs valeurs de tension locales soient différentes. La valeur du signal récupéré à partir du signal différentiel est en grande partie indépendante de la valeur de la « masse », mais dans une certaine plage.

Un deuxième avantage des signaux différentiels est qu'ils sont hautement insensibles aux interférences électromagnétiques externes (EMI). Les sources d'interférence ont une influence presque égale sur chaque extrémité de la paire de signaux différentiels. Comme la différence de tension padslogic dans Pads détermine la valeur du signal, toute perturbation identique survenant sur les deux fils sera ignorée. En plus d'être moins sensible aux interférences, les signaux différentiels produisent moins d'EMI que les signaux monoterminaux.

Un troisième avantage du signal différentiel est le positionnement temporel. Étant donné que la variation de commutation du signal différentiel est située à l'intersection des deux signaux, contrairement au jugement selon lequel un signal simple dépend d'une tension de seuil haute et basse, il est moins influencé par le processus et la température, peut réduire les erreurs de synchronisation et convient mieux aux circuits de signaux de faible amplitude. LVDS (Low Voltage Differential Signaling) est une technologie populaire de Signalisation différentielle de faible amplitude.

Les différences peuvent ne pas tenir compte de la diaphonie, car leurs résultats de diaphonie s'annulent lorsqu'ils sont acceptés. De plus, les différences sont des lignes d'équilibre, et le parallélisme n'est qu'une partie de l'équilibre.

Je pense que le couplage des paires différentielles devrait être nécessaire. Pour les correspondances de ligne unique, bien qu'il soit très mature en théorie, le fil de PCB réel a encore une erreur d'environ 5% (pour un matériau, je ne l'ai pas fait moi - même). D'autre part, la ligne différentielle peut être considérée comme un système à boucle automatique ou les signaux sur ses deux lignes de signal sont corrélés. Un couplage lâche peut provoquer des interférences de différentes sources, et pour certains circuits d'interface, la longueur égale de la paire de différence d'entraînement Allegro est un facteur important dans le contrôle de la latence de la ligne. Donc, je pense que les lignes de différence devraient être étroitement couplées.

Pour la plupart des PCBs haute vitesse actuels, il est avantageux de maintenir un bon couplage

Mais j'espère que vous ne confondez pas le couplage avec la nécessité d'une mauvaise paire, ce qui peut parfois limiter les idées de conception.

Lors de la conception ou de l'analyse à grande vitesse, nous devons non seulement savoir ce que la plupart des gens font, mais aussi comprendre pourquoi les autres le font, puis nous appuyer sur l'expérience des autres pour comprendre et améliorer et exercer constamment notre esprit créatif. Les gens pensent que les signaux différentiels n'ont pas besoin d'un plan de position comme chemin de retour, ou que les lignes différentielles se fournissent mutuellement un chemin de retour. La raison de ce malentendu est que les phénomènes de surface sont confondus ou que les mécanismes de transmission de signaux à grande vitesse ne sont pas suffisamment profonds. Le circuit différentiel est insensible aux projections terrestres similaires et aux autres signaux bruyants qui peuvent être présents dans l'alimentation et le plan de masse. Le retour de la partie décalée du plan de masse n'est pas représentatif de l'absence de retour du circuit différentiel sur le trajet du signal pris comme plan de référence, en effet sur l'analyse du flux du signal, la ligne différentielle et la ligne de marche simple ordinaire sont cohérentes, le mécanisme du signal haute fréquence étant toujours rebouclé le long de l'inductance du circuit, La différence entre les lignes différentielles, en plus d'être couplées à la masse, il y a aussi un couplage entre elles, et celle qui est fortement couplée devient le chemin de retour principal. Dans la conception du circuit PCB, le couplage entre les lignes de distribution différentielle est généralement faible, ne représentant généralement que 10 à 20% du degré de couplage, et la plupart du temps couplé à la masse, de sorte que le chemin de retour principal des lignes de distribution différentielle est toujours présent dans la couche de masse. Lorsque la discontinuité des plans locaux se produit, le couplage entre les lignes de distribution différentielle fournira un chemin de retour principal dans les zones sans plan de référence. Bien qu'une discontinuité dans le plan de référence n'affecte pas la ligne de distribution différentielle aussi fortement qu'un câblage simple extrémité ordinaire, elle dégrade néanmoins la qualité du signal différentiel et augmente l'EMI, ce qui devrait être évité autant que possible. Certains concepteurs pensent qu'il est possible de supprimer le plan de référence de la ligne de transmission différentielle pour supprimer une partie du signal de mode commun en transmission différentielle, mais cette approche n'est théoriquement pas souhaitable. Comment contrôler l'impédance? Si l'anneau d'impédance de terre n'est pas fourni pour le signal de mode commun, il produira inévitablement un rayonnement EMI qui fera plus de mal que de bien.