Blogue PCB - Discussion croisée dans la conception de PCB à grande vitesse

Cet article analyse les raisons des échanges de signaux dans les communications à grande vitesse PCB board Conception, Et méthodes de suppression et d'amélioration. Dans le domaine de la conception électronique qui se développe rapidement aujourd'hui, La grande vitesse et la miniaturisation sont devenues la tendance inévitable de la conception. En même temps, Augmentation de la fréquence du signal et autres facteurs, Réduction de la taille des circuits imprimés, Augmentation de la densité du câblage, De plus, la réduction de l'épaisseur interlaminaire due à l'augmentation du nombre de couches de plaque entraînera divers problèmes d'intégrité du signal.. Donc,, Lors de la conception de circuits imprimés à grande vitesse, il est nécessaire de tenir compte de l'intégrité du signal., Maîtriser la théorie de l'intégrité du signal, Ensuite, guider et vérifier la conception du moteur à grande vitesse PCB board. Dans tous les problèmes d'intégrité du signal, Les conversations croisées sont courantes. Le Crosstalk peut se produire à l'intérieur de la puce, Et sur la carte de circuit, Connecteur, Paquet de puces, Et câbles.

1. Génération de PCB board Crosstalk

Crosstalk fait référence à l'influence du couplage électromagnétique sur les lignes de transmission adjacentes lorsque le signal est téléchargé dans le canal de transmission. Un trop grand nombre de conversations croisées peut déclencher une erreur de circuit qui pourrait empêcher le système de fonctionner correctement. Un signal de changement (p. ex., un signal de pas) se propage de a à B le long de la ligne de transmission et un signal de couplage se produit sur les lignes de transmission C à d. Le signal de couplage n'existe plus lorsque le signal de changement retourne à un courant continu stable. Par conséquent, le crosstalk ne se produit que dans le processus de saut de fréquence du signal. Plus le signal change rapidement, plus le crosstalk est grand. Le Crosstalk peut être divisé en Crosstalk à couplage capacitif (le courant induit est induit sur l'objet perturbé en raison du changement de tension de la source d'interférence, ce qui entraîne une interférence électromagnétique) et Crosstalk à couplage inductif (en raison du changement de courant de la source d'interférence, la tension d'induction est générée sur l'objet interféré, ce qui provoque une interférence électromagnétique. Parmi eux, le signal de crosstalk généré par le condensateur de couplage peut être divisé en Crosstalk avant et Crosstalk inverse SC sur le réseau perturbé, et les deux signaux ont la même polarité; Les signaux de crosstalk générés par l'inductance de couplage sont également divisés en Crosstalk avant et Crosstalk inverse SC, qui ont des polarités opposées. La capacité et l'inductance mutuelle sont toutes deux liées au Crosstalk, mais doivent être considérées séparément. Lorsque la trajectoire de retour est un plan large et uniforme, la quantité de courant de couplage capacitif et inductif est à peu près la même que pour la plupart des lignes de transmission couplées sur la carte de circuit. À ce stade, il est nécessaire de prévoir la quantité de conversations croisées entre les deux. Si le support du signal parallèle est fixe, c'est - à - dire dans le cas d'une ligne de ruban, les échanges positifs causés par l'inductance et la capacité de couplage sont approximativement égaux et s'annulent mutuellement, de sorte que seuls les échanges inversés doivent être considérés. Si le support du signal parallèle n'est pas fixe, c'est - à - dire que dans le cas de la ligne Microstrip, avec l'augmentation de la longueur parallèle, le crosstalk positif causé par l'inductance de couplage est plus grand que le crosstalk positif causé par la capacité de couplage, de sorte que le crosstalk du signal parallèle interne est plus élevé que le crosstalk de la surface. Les échanges de signaux parallèles sont minimes.

2. Analyse et suppression des échanges de PCB

L'ensemble du processus de conception des PCB à grande vitesse comprend la conception des circuits, la sélection des puces, la conception schématique, la disposition des PCB et le câblage. Dans le processus de conception, il est nécessaire de trouver le crosstalk à différentes étapes et de prendre des mesures pour le supprimer afin de réduire l'interférence.

3.. Calcul des échanges de PCB

Le calcul de crosstalk est très difficile. Il existe trois facteurs principaux qui influent sur l'amplitude du signal de crosstalk: le degré de couplage entre les traces, l'espacement des traces et la terminaison des traces. La figure 2 montre la distribution du courant le long de la trace Microstrip sur les voies avant et de retour. La distribution du courant entre la trace et le plan (ou entre la trace et la trace) est une impédance commune, ce qui entraîne un couplage mutuel en raison de la propagation du courant. La densité de courant de crête est directement inférieure au centre de la trajectoire et s'atténue rapidement des deux côtés de la trajectoire vers le sol. Lorsque la trajectoire est éloignée du plan, la surface de la boucle entre la trajectoire avant et la trajectoire de retour augmente et l'inductance du circuit proportionnelle à la surface de la boucle augmente. L'équation suivante décrit la distribution du courant qui induit l'ensemble du circuit formé par les voies de courant avant et arrière. Le courant décrit est également l'énergie totale stockée dans le champ magnétique autour de la trajectoire du signal.

4. Analyse des échanges de PCB

L'utilisation de l'outil EDA pour simuler le crosstalk de PCB board peut rapidement découvrir, localiser et résoudre le crosstalk de PCB board. La simulation dans la conception à grande vitesse comprend la simulation schématique avant le câblage et la simulation PCB après le câblage. Il peut prédire et éliminer les problèmes de crosstalk à l'avance en utilisant les contraintes obtenues par simulation comme contraintes de câblage réelles, ce qui limite efficacement la disposition et modifie la pile, et optimise l'horloge, la topologie des signaux clés et la terminaison avant la disposition du tableau. Boardsim est utilisé pour les simulations post - placement et de câblage. Il prédit les effets de couplage inconnus entre les fils de PCB, affiche les résultats de la simulation dans l'oscilloscope et affiche les détails de toutes les formes d'onde de crosstalk. L'objectif est de prévoir et de découvrir les problèmes de crosstalk des produits finis réels, ce qui permet d'économiser du temps aux concepteurs et d'éviter la conception et la fabrication répétées de prototypes de principe. Pour les simulations de pré - mise en page, linesim doit d'abord établir un modèle de couplage de base et définir différentes contraintes pour différents environnements de circuits, y compris l'espacement des fils, la longueur parallèle, la vitesse de commutation de l'IC d'entraînement, l'épaisseur du support, la structure de la pile, Attendez.. Ces contraintes permettent au concepteur de comprendre les problèmes qui peuvent survenir au début de la conception pour une planification efficace, Réduire les échanges qui peuvent se produire avant le placement et le routage, et trouver des contraintes comme contraintes pour la prochaine étape du placement et du routage. En ce qui concerne la sélection des puces d'entraînement, le modèle Ibis (I / o Buffer Information Specification) peut être introduit, qui est généralement fourni par le fabricant de la puce. Lorsque vous utilisez boardsim pour l'analyse de crosstalk du câblage, il y a trois façons: la simulation interactive de crosstalk, le traitement rapide par lots et le traitement détaillé par lots. Parmi eux, la simulation interactive de crosstalk peut observer l'interférence directement à travers l'oscilloscope numérique. Les concepts de seuil géométrique et de seuil électrique sont présentés dans cet article. Le seuil géométrique définit une zone dans laquelle tout réseau entrant sur une certaine longueur est considéré comme un réseau d'attaque; Le seuil électrique définit la quantité d'interférence et tout réseau qui cause plus d'interférence au réseau est considéré comme une attaque. Réseau L'utilisation de seuils géométriques exige que les concepteurs aient une certaine connaissance des conversations croisées et sachent à quelle distance et à quel niveau elles se produisent. Il est donc généralement recommandé d'utiliser des seuils électriques plus précis et plus rapides pour l'analyse. Le modèle de base comporte deux réseaux: le conducteur A0 (le conducteur est un signal d'horloge et sa fréquence de fonctionnement est de 5,12 MSPS) est relié à une résistance de 1 MW C0 par une ligne de transmission; Le conducteur A1 en mode réception est relié à la résistance C1 de 720kw par une ligne de transmission. Superior Chaque ligne de transmission couplée a une impédance caractéristique de 68,8 W et une longueur de couplage de 9 pouces. Hyperlynx a calculé un retard d'environ 1581 NS par ligne. Le modèle est divisé en 8 couches, les deux lignes de signal étant définies comme des lignes internes (et des lignes Microstrip) situées sur la même couche. Dans la disposition des PCB et les contraintes de câblage, la largeur de la ligne est de 5mil, l'espacement des lignes est de 5mil et la constante diélectrique relative est réglée à 4,3. Dans la figure, les sondes Oscilloscopes sont ajoutées à a0, Rez - de - chaussée et C1, respectivement. L'oscilloscope peut être utilisé pour voir les formes d'onde. La résistance de 10mW de B1 est également réglée pour l'ajout de sondes.

5. Suppression des échanges

Qu'il s'agisse du calcul de crosstalk avant la conception, de la simulation avant le câblage de mise en page ou de la simulation après le câblage de mise en page, il s'agit de faire en sorte que la carte PCB puisse rapidement atteindre l'interférence. Il est donc nécessaire d'utiliser l'expérience passée pour résoudre les problèmes actuels dans le processus de conception. Voici un résumé de l'expérience acquise pour éviter efficacement le crosstalk dans la mise en page et le câblage:

Les échanges générés par le couplage capacitif et inductif augmentent avec l'augmentation de l'impédance de charge de la ligne perturbée, de sorte que la réduction de la charge peut réduire l'influence de l'interférence de couplage;

Augmenter autant que possible la distance entre les conducteurs de couplage capacitif, et il est plus efficace d'isoler les conducteurs avec des fils au sol;

L'insertion d'un fil de terre entre les lignes de signal adjacentes peut également réduire efficacement les échanges capacitifs. Ce fil de mise à la terre doit être relié au sol à des intervalles d'un quart de longueur d'onde.

Il est difficile de supprimer le couplage inductif. Il est nécessaire de réduire autant que possible le nombre de boucles, de réduire la surface de la boucle et de ne pas laisser la boucle de signal partager le même fil.

Évitez la boucle de partage du signal.

Dans un processus à grande vitesse PCB board Conception, Il faut non seulement comprendre les concepts théoriques en détail, Nous devons continuer à accumuler de l'expérience et à perfectionner la théorie.. En même temps, La maîtrise des logiciels d'aide pertinents peut également raccourcir le cycle de conception., Pour améliorer la compétitivité, Et joue un rôle important dans le succès de la conception. Haute vitesse PCB board- la conception des niveaux et des systèmes est un processus complexe, Le problème de l'intégrité du signal, y compris le crosstalk du signal, ne peut être ignoré. Utiliser différentes approches à différents stades du cycle de conception pour assurer une conception rapide et efficace, Gagner du temps et éviter les doubles emplois PCB board.