L'actualité PCB - Questions et réponses sur les experts en conception de PCB haute vitesse

1. Comment réaliser la ligne de distribution différentielle du signal d'horloge à grande vitesse? Comment résoudre les problèmes d'intégrité du signal dans la conception à haute vitesse? Comment la méthode de câblage différentiel est - elle mise en œuvre? Comment réaliser une ligne de distribution différentielle pour une ligne de signal d'horloge avec une seule borne de sortie?

Réponse de l'expert:

L'intégrité du signal est essentiellement une question d'adaptation d'impédance. Les facteurs qui influencent l'adaptation d'impédance comprennent la structure et l'impédance de sortie de la source de signal, l'impédance caractéristique de la trace, les caractéristiques du côté de la charge et la topologie de la trace. La solution consiste à s'appuyer sur la terminaison du câblage et à ajuster la topologie.

Il y a deux points à noter dans la disposition du Vice - différentiel. L'un est que la longueur des deux fils doit être aussi longue que possible, et l'autre est que la distance entre les deux fils (cette distance est déterminée par l'impédance différentielle) doit rester constante, c'est - à - dire rester parallèle. Il y a deux façons d'être parallèles, l'une où deux fils sont côte à côte sur la même couche, et l'autre où deux fils circulent sur deux couches adjacentes (supérieure et inférieure). Généralement, le premier a plus d'implémentations parallèles.

Pour utiliser une ligne de distribution différentielle, il est logique que la source et la réception du signal soient des signaux différentiels. Il n'est donc pas possible d'utiliser une ligne de distribution différentielle pour un signal d'horloge n'ayant qu'une seule borne de sortie.

2. À propos du câblage de signal différentiel à grande vitesse. Lorsque la paire de lignes de signal différentiel à grande vitesse est câblée en parallèle sur la carte PCB, dans le cas de l'adaptation d'impédance, il y aura beaucoup d'avantages en raison du couplage mutuel des deux lignes. Cependant, on pense que cela augmente l'atténuation du signal, affectant la distance de transmission. C'est ça? Pourquoi? J'ai vu sur les tableaux d'évaluation de certaines grandes entreprises que certains câblages à grande vitesse sont aussi proches et parallèles que possible, tandis que d'autres rapprochent délibérément les deux fils. Je ne sais pas lequel est le meilleur. Mon signal est au - dessus de 1 GHz avec une impédance de 50 ohms.

Les paires différentielles sont - elles également calculées en 50 ohms lors du calcul avec un logiciel? Ou en 100 ohms? Est - il possible d'ajouter une résistance d'adaptation entre les paires de lignes différentielles en réception? Merci!

Réponse de l'expert:

L'une des causes de l'atténuation de l'énergie du signal haute fréquence est la perte de conducteur (perte de conducteur), y compris l'effet de la peau, et l'autre est la perte diélectrique de la substance diélectrique. Lorsque la théorie électromagnétique analyse l'effet de la ligne de transmission, l'ampleur de l'influence de ces deux facteurs sur l'atténuation du signal est visible. Le couplage des lignes différentielles affectera leur impédance caractéristique et deviendra plus petit. Selon le principe du diviseur de tension (diviseur de tension), cela permettra de réduire la tension que la source de signal envoie à la ligne. Quant à l'analyse théorique de l'atténuation du signal induite par le couplage, je ne l'ai pas encore lue, donc je ne peux pas commenter.

Le câblage de la paire différentielle doit être convenablement proche et parallèle. La proximité dite appropriée est due au fait que la distance affecte la valeur de l'impédance différentielle, qui est un paramètre important pour la conception d'une paire différentielle. Le parallélisme est également nécessaire pour maintenir la cohérence de l'impédance différentielle. Si les deux lignes sont soudainement proches et éloignées, l'impédance différentielle ne sera pas cohérente, ce qui affectera l'intégrité du signal et le retard de temporisation.

L'impédance différentielle est calculée à 2 (Z11 - z12), où Z11 est l'impédance caractéristique de la trace elle - même et z12 est l'impédance résultant du couplage entre les deux lignes différentielles, en fonction de la distance de ligne. Ainsi, lorsque l'impédance différentielle est conçue à 100 ohms, l'impédance caractéristique de la trace elle - même doit être légèrement supérieure à 50 ohms. Quant à sa taille, il peut être calculé avec un logiciel de simulation. La résistance d'adaptation entre les paires de lignes différentielles en réception est généralement Additive et sa valeur doit être égale à celle de l'impédance différentielle. La qualité du signal sera meilleure de cette façon.

3. Comment gérer certains conflits théoriques dans le câblage réel. Dans le câblage réel, de nombreuses théories sont en conflit les unes avec les autres; Par exemple:

1. Gérer la connexion de plusieurs mises à la terre analogiques / numériques: en théorie, ils devraient être isolés les uns des autres, mais dans la miniaturisation réelle et le câblage à haute densité, les traces de mise à la terre analogiques à petit signal seraient trop longues en raison de contraintes d'espace ou d'isolement absolu. Il est difficile de réaliser un lien théorique. Ma méthode consiste à diviser la mise à la terre du module fonctionnel analogique / numérique en une île complète à laquelle la mise à la terre analogique / numérique du module fonctionnel est connectée. Les îles sont ensuite reliées au « grand » sol par des fossés. Je me demande si cette méthode est correcte?

2. En théorie, la connexion entre l'oscillateur à cristal et le CPU devrait être aussi courte que possible. En raison de la disposition de la structure, la connexion entre l'oscillateur à cristal et le CPU est relativement allongée, donc perturbée et fonctionne de manière instable. Comment résoudre ce problème à partir du câblage? Il y a beaucoup d'autres problèmes similaires, en particulier les problèmes EMC et EMI sont pris en compte dans le câblage PCB à haute vitesse. Il y a beaucoup de conflits qui font mal à la tête. Comment résoudre ces conflits? Merci!

Réponse de l'expert:

A fondamentalement, la mise à la terre analogique / numérique divisée et isolée est correcte. Il est à noter que les traces de signal ne doivent pas traverser autant que possible la Division (douves) et que les voies de retour de l'alimentation et du signal ne doivent pas être trop grandes.

L'oscillateur à cristal B est un circuit oscillant analogique à rétroaction positive. Pour obtenir un signal oscillant stable, il doit répondre aux spécifications de gain et de phase de la boucle. Les spécifications d'oscillation de ce signal analogique sont facilement perturbées. Même si des traces de protection de la terre sont ajoutées, il est possible que les interférences ne soient pas complètement isolées. Si la distance est trop grande, le bruit sur le plan du sol peut également affecter le circuit oscillant à rétroaction positive. La distance entre l'oscillateur à cristal et la puce doit donc être la plus proche possible.

Il existe en effet de nombreux conflits entre le câblage haute vitesse C et les exigences EMI. Mais le principe de base est que la résistance et la capacité ou les billes magnétiques de ferrite ajoutées par EMI ne conduisent pas à certaines caractéristiques électriques du signal qui ne sont pas conformes aux spécifications. Par conséquent, il est préférable d'utiliser les compétences d'alignement des traces et des empilements de PCB pour résoudre ou réduire les problèmes EMI, tels que les signaux à grande vitesse entrant dans la couche interne. Enfin, la méthode de la capacité résistive ou des billes magnétiques en Ferrite est utilisée pour réduire les dommages au signal.

4. Problèmes d'anti - interférence dans les parties analogiques et numériques. Il y a souvent A / D dans certains systèmes. Problème: pour améliorer l'immunité aux interférences, en plus de la mise à la terre analogique et de la mise à la terre numérique séparées, connectez seulement un point de l'alimentation et épaississez les lignes de mise à la terre et d'alimentation. J'espère que les experts feront de bons commentaires et suggestions!

Réponse de l'expert:

En plus de l'isolation à la terre, faites attention à l'alimentation électrique de la partie du circuit analogique. Si l'alimentation est partagée avec un circuit numérique, il est préférable d'ajouter un circuit de filtrage. En outre, les signaux numériques et analogiques ne doivent pas être entrelacés et, en particulier, ne doivent pas traverser une ligne de terre divisée (douves).

5. Câblage automatique du signal à grande vitesse. Afin de maximiser la qualité du signal à grande vitesse, nous sommes habitués au câblage manuel, mais trop inefficace. L'utilisation d'un routeur automatique ne permet pas de surveiller la façon dont les signaux critiques sont enroulés, le nombre de Vias et l'emplacement. Le routage Manuel des signaux clés, puis le routage automatique réduira le taux de disposition du routage automatique, et l'ajustement des résultats du routage automatique signifie plus de travail de routage, comment équilibrer les contradictions ci - dessus et utiliser un excellent routeur pour aider à compléter le routage des signaux à grande vitesse?

Réponse de l'expert:

Actuellement, les routeurs automatiques de la plupart des logiciels de câblage fort ont des contraintes définies pour contrôler la méthode d'enroulement et le nombre de vias. Les capacités du moteur d'enroulement et les projets de fixation des contraintes varient parfois considérablement d'une société EDA à l'autre. Par example, s'il y a suffisamment de contraintes pour contrôler la manière dont le serpentin est enroulé, s'il est possible de contrôler l'espacement des traces des paires différentielles, etc. Cela affectera si la méthode de câblage pour le câblage automatique peut répondre aux idées du concepteur. De plus, la difficulté d'ajuster manuellement le câblage est également absolument liée à la capacité de l'enrouleur. Par exemple, la capacité de poussée d'une trace, la capacité de poussée d'un via, ou même la capacité de poussée d'une trace sur un revêtement de cuivre, etc. le choix d'un routeur avec une forte capacité de moteur de bobinage est donc la solution.

6 y a - t - il des spécifications pour la conception de l'échantillon d'essai? Pouvez - vous vous référer à cela? Comment concevoir un échantillon en fonction de la situation réelle de la plaque? Y a - t - il des questions à surveiller? Merci!

Réponse de l'expert:

L'impédance caractéristique de la carte PCB produite est mesurée à l'aide d'un TDR (Time Domain Reflectometer) pour déterminer si elle répond aux exigences de conception. En général, il existe deux cas d'impédance à contrôler: une seule ligne et une paire différentielle. Par conséquent, la largeur et l'espacement des lignes sur l'échantillon (lorsqu'il y a des paires différentielles) doivent être les mêmes que les lignes à contrôler. Le plus important lors de la mesure est l'emplacement du lieu de mise à la terre. Pour réduire l'inductance du fil de terre, la position de mise à la terre de la sonde TDR est généralement très proche de la pointe de la sonde. La distance et la méthode entre le point de mesure du signal et le point de mise à la terre sur l'échantillon doivent donc être adaptées à la sonde utilisée.

7. Sur la question de la mise à la terre recouverte de cuivre de la zone vide de la couche de signal dans la conception de PCB à grande vitesse. Dans la conception de PCB à grande vitesse, la zone vierge de la couche de signal peut être recouverte de cuivre, alors le cuivre de plusieurs couches de signal est - il bien mis à la terre ou à moitié mis à la terre et à moitié mis à la terre?

Réponse de l'expert:

En général, le revêtement de cuivre dans les zones vierges est principalement mis à la terre. Lorsque vous ajoutez du cuivre à côté d'une ligne de signal à grande vitesse, faites simplement attention à la distance entre le cuivre et la ligne de signal, car l'ajout de cuivre réduit légèrement l'impédance caractéristique de la trace. Veillez également à ne pas affecter l'impédance caractéristique des autres couches, par exemple la structure d'une ligne bi - bande.

8. Impédance caractéristique. Merci d'avoir répondu à ma dernière question. La dernière fois que vous avez dit que le plan d'alimentation et le plan de masse étaient essentiellement des plans métalliques, il y avait donc un blindage contre les champs électriques et magnétiques. Puis - je utiliser le modèle de ligne microruban pour calculer l'impédance caractéristique d'une ligne de signal sur le plan d'alimentation? Est - il possible de calculer les signaux entre les temps avec un modèle de ligne à ruban?

Réponse de l'expert:

Oui, tant le plan d'alimentation que le plan de masse doivent être considérés comme des plans de référence lors du calcul de l'impédance caractéristique. Par exemple, un panneau de quatre couches: couche supérieure couche de puissance couche inférieure. A ce stade, le modèle d'impédance caractéristique de la couche supérieure est un modèle de ligne microruban avec le plan d'alimentation comme plan de référence.

9. Problème de correspondance de ligne de signal à grande vitesse. Dans la disposition d'une carte haute vitesse, telle qu'une carte mère P4, pourquoi les lignes de signal haute vitesse, telles que les données CPU et les lignes de signal d'adresse, doivent - elles correspondre? Si elles ne correspondent pas, quels sont les dangers cachés? Quels sont les facteurs qui déterminent la plage de longueur de correspondance (c. - à - d. La différence de retard de la ligne de signal) et comment est - elle calculée?

Réponse de l'expert:

La principale raison de l'adaptation d'impédance des caractéristiques de trace est d'éviter que les réflexions causées par des effets de ligne de transmission à grande vitesse affectent l'intégrité du signal et le temps de vol. En d'autres termes, s'il n'est pas adapté, le signal sera réfléchi, ce qui affectera sa qualité.

La plage de longueur de toutes les pistes est définie en fonction des exigences temporelles. Il existe de nombreux facteurs qui affectent le temps de latence du signal, et la longueur de la trace n'est qu'un d'entre eux. P4 exige que la longueur de certaines lignes de signal soit comprise dans une certaine plage. Il s'agit d'une marge de temporisation calculée en fonction du mode de transmission utilisé par le signal (horloge commune ou synchronisation de la source) et assignant une partie de la longueur de la trace à l'erreur admissible. Pour le calcul des séries temporelles des deux modes décrits ci - dessus, il n'est pas commode de les détailler ici en raison des contraintes de temps et d'espace.