L'actualité PCB - Théorie de base du câblage à angle droit, du câblage différentiel et du câblage serpentin pour le câblage PCB

1. Câblage à angle droit

Le câblage à angle droit est généralement conçu pour éviter ce qui se passe dans le câblage de la carte PCB et est presque devenu l'une des normes de mesure de la qualité du câblage, alors dans quelle mesure le câblage à angle droit peut - il affecter la transmission du signal? En principe, le câblage à angle droit modifie la largeur de ligne de la ligne de transmission, ce qui entraîne une discontinuité d'impédance. En effet, non seulement les lignes à angle droit, les lignes à angle droit, les lignes à angle aigu peuvent provoquer des variations d'impédance. L'impact du routage à angle droit sur le signal se manifeste principalement dans trois domaines.

2. Lignes de distribution différentielle

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". La paire de fils portant le signal différentiel est appelée fil différentiel. Le signal différentiel présente les avantages les plus évidents par rapport au routage de signal simple extrémité ordinaire dans les trois domaines suivants:

A. forte capacité d'anti - brouillage, parce que le couplage entre les deux lignes différentielles est très bon, quand il y a des interférences de bruit, ils sont couplés presque simultanément sur les deux lignes, tandis que le récepteur se soucie seulement de la différence entre les deux signaux, de sorte que le bruit de mode commun externe peut être complètement éliminé.

B. peut inhiber efficacement EMI. De même, puisque les polarités des deux signaux sont opposées, les champs électromagnétiques qu'ils rayonnent peuvent s'annuler mutuellement. Plus le couplage est serré, moins l'énergie électromagnétique est libérée dans le monde extérieur.

C. positionnement temporel précis. Comme la variation de commutation du signal différentiel est située à l'intersection des deux signaux, contrairement aux signaux monoterminaux courants jugés par une tension de seuil haute et une tension de seuil basse, elle est moins influencée par le processus et la température, peut réduire les erreurs de synchronisation et convient mieux aux circuits avec des signaux de faible amplitude. LVDS (Low Voltage Differential Signaling) est une technologie populaire de Signalisation différentielle de faible amplitude.

Mythe 1: les signaux différentiels n'ont pas besoin d'un plan de masse comme chemin de retour, ou pensent que les lignes différentielles fournissent des chemins de retour les unes aux autres. 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. Comme on peut le voir sur la structure de l'extrémité de réception des figures 1 - 8 - 15, les courants d'émetteur des transistors Q3 et Q4 sont égaux et opposés et leurs courants à la jonction s'annulent exactement (I1 = 0). Le circuit différentiel est donc insensible à des projections de masse similaires et à d'autres signaux bruyants pouvant exister dans les plans d'alimentation et 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 de retour le long du circuit de moindre inductance, La grande différence réside dans le fait que les lignes différentielles, en plus d'être couplées au sol, sont également couplées les unes aux autres, quel que soit le couplage fort qui 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. Dans le cas d'une discontinuité de plan local, le couplage entre les voies différentielles fournit un chemin de retour principal dans une zone sans plan de référence, comme illustré sur les figures 1 - 8 - 17. 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.

Mythe 2: il est plus important de maintenir un espacement égal que de faire correspondre la longueur de la ligne. Dans le câblage PCB réel, il est souvent impossible de répondre aux exigences de la conception différentielle. En raison de facteurs tels que la distribution des broches, des trous et de l'espace de câblage, il est nécessaire d'atteindre le but de l'adaptation de la longueur de la ligne par un enroulement approprié, mais il en résulte inévitablement que des paires différentielles partielles ne peuvent pas être connectées en parallèle, comment choisir à ce stade? On peut dire que la règle la plus importante dans la conception de lignes de distribution différentielle de PCB est l'adaptation de la longueur de la ligne, d'autres règles peuvent être traitées de manière flexible en fonction des exigences de conception et de l'application pratique.

Mythe 3: pensez que la ligne de différence doit être proche. Le but de maintenir les lignes différentielles ensemble n'est rien d'autre que d'augmenter leur couplage, à la fois en améliorant leur immunité au bruit et en utilisant la polarité opposée du champ magnétique pour contrer les perturbations électromagnétiques du monde extérieur. Bien que cette méthode soit très avantageuse dans la plupart des cas, elle n’est pas absolue. S'ils sont capables de masquer complètement les interférences externes, alors nous n'avons plus besoin d'atteindre les objectifs d'anti - interférence et d'inhibition EMI par un couplage fort les uns avec les autres. Comment puis - je m'assurer que les lignes de distribution différentielle ont une bonne isolation et un bon blindage? Augmenter la distance entre la ligne et les autres signaux est l'une des méthodes les plus élémentaires. L'énergie du champ électromagnétique diminue avec le carré de la distance. En général, lorsque la distance entre les lignes est supérieure à 4 fois la largeur de la ligne, les interférences entre elles sont extrêmement faibles et essentiellement négligeables. En outre, l'isolation par le plan de masse peut également jouer un bon effet de blindage, cette structure est généralement utilisée dans les conceptions de circuits imprimés à haute fréquence (plus de 10g), appelées structures CPW, qui peuvent assurer un contrôle d'impédance différentiel strict (2z0).

3. Serpentine

Les lignes serpentines sont souvent utilisées dans la mise en page. Son objectif principal est d'ajuster la temporisation pour répondre aux exigences de la conception temporelle du système. Les concepteurs doivent d'abord comprendre que le fil serpentin peut perturber la qualité du signal, modifier la latence de transmission et l'éviter lors du câblage. Cependant, dans la conception pratique, l'enroulement doit être réalisé intentionnellement pour assurer un temps de rétention suffisant des signaux ou pour réduire le décalage temporel entre un même ensemble de signaux. Alors, que fait le tube serpentin pour la transmission du signal? À quoi dois - je faire attention lorsque je fais la queue? Les deux paramètres les plus critiques sont la longueur de couplage parallèle (LP) et la distance de couplage (s), comme le montrent les figures 1 - 8 - 21. Il est clair que lorsque le signal est transmis en serpentin, il existe un couplage sous forme de mode différentiel entre les segments de lignes parallèles. Plus s est petit, plus LP est grand, plus le degré de couplage est grand, ce qui peut réduire les retards de transmission et réduire considérablement la qualité du signal en raison de la diaphonie, comme décrit dans l'analyse de diaphonie en mode commun et en mode différentiel au chapitre 3. Voici quelques conseils pour les ingénieurs de mise en page lors de la manipulation des serpentines:

1. Augmentez la distance (s) des segments parallèles autant que possible. H désigne la distance entre la ligne de signal et le plan de référence. En général, c'est une grande courbe. Tant que s est suffisamment grand, l'effet de couplage peut être évité presque complètement.

2. Réduire la longueur d'accouplement LP. Lorsque le retard de LP approche ou dépasse deux fois le temps de montée du signal, la diaphonie résultante atteint la saturation.

3. Le délai de transmission du signal causé par la ligne à ruban ou la ligne serpentine de microrubans intégrés est inférieur au délai de transmission du signal de microrubans. En théorie, les lignes à ruban n'affectent pas le taux de transmission en raison de la diaphonie en mode différentiel.

4. Pour les lignes à haute vitesse et de signal avec des exigences de synchronisation strictes, essayez de ne pas prendre la ligne serpentine, en particulier dans une petite portée.

5. La forme de serpent de n'importe quel angle peut être souvent utilisée, peut effectivement réduire le couplage entre eux.

6. Dans la conception de PCB à grande vitesse, le tube serpentin n'a pas de capacité de filtrage ou d'anti - interférence, il ne peut que réduire la qualité du signal, il n'est donc utilisé que pour l'adaptation temporelle et n'a pas d'autre utilisation.

7. Le câblage en spirale peut parfois être considéré pour l'enroulement. Les résultats de la simulation montrent que son effet est supérieur à celui du routage serpentine conventionnel.