Technologie PCB - Le modèle Ibis de la technologie PCB étudie les problèmes de signal

À propos de l'utilisation du modèle de simulation Ibis (Digital Input / Output Buffer Information Specification) pendant la phase de développement des circuits imprimés (PCB). Cet article décrit comment utiliser le modèle Ibis pour extraire certaines variables importantes pour les calculs d'intégrité du signal et identifier des solutions de conception de PCB.

Notez que cette valeur extraite fait partie intégrante du modèle Ibis.

Problèmes d'intégrité du signal lorsqu'on regarde les signaux numériques aux deux extrémités d'une ligne de transmission, les concepteurs sont surpris des résultats lorsqu'un signal est dirigé vers une piste PCB. Dans le cas de distances relativement longues, le signal électrique ressemble davantage à une onde progressive qu'à un signal de variation instantanée. Une bonne simulation du comportement des vagues sur le circuit imprimé est les vagues dans la piscine. Comme les deux groupes du même volume d'eau ont la même "impédance", les ondulations traversent la piscine en douceur. Cependant, les différences d'impédance des parois cellulaires sont évidentes et les ondes sont réfléchies dans des directions opposées. Les signaux électriques injectés dans les traces de PCB auront le même phénomène. Lorsque la désadaptation d'impédance se produit, ce phénomène se reflète de la même manière. La figure 1 montre un périphérique PCB dont l'impédance d'extrémité ne correspond pas. Le microcontrôleur Ti msp430â¢envoie un signal d'horloge au Ti ads8326 ADC qui renvoie les données converties au msp430â¢. La figure 2 montre la réflexion provoquée par la désadaptation d'impédance dans le dispositif. Ces réflexions entraînent des problèmes d'intégrité du signal sur les traces de la ligne de transmission.

Permettre l'adaptation de résistance de trace de PCB à une extrémité ou aux deux extrémités peut réduire considérablement la réflexion.

F pour résoudre les problèmes de résistance et d'adaptation de résistance du système, les concepteurs doivent comprendre les caractéristiques d'impédance des circuits intégrés (ICS) et les caractéristiques d'impédance des pistes de PCB qui servent de pistes de transmission.

Après avoir compris ces fonctions, le concepteur peut modéliser chaque unité de connexion comme une ligne de transmission distribuée. Les lignes de transmission offrent une variété de services de circuits, allant des équipements terminaux monoterminaux et différentiels aux équipements de sortie à fuite ouverte. Cet article présente principalement une ligne de transmission à extrémité unique dont les pilotes sont conçus avec un circuit de sortie Push - pull.

En outre, les spécifications suivantes du code PIN IC sont requises:

Résistance de sortie de l'émetteur ZT (Ω)

Temps de montée de l'émetteur t temps de montée et de descente t tous (secondes)

Résistance d'entrée du récepteur Zr (Omega)

Valeur de la capacité de la broche du récepteur Cr - Pin (f) ces spécifications ne figurent généralement pas dans les manuels des fabricants de circuits intégrés.

Comme cela sera discuté dans cet article, toutes ces valeurs peuvent être obtenues au cours du processus de conception du PCB avec le modèle Ibis de l'IC et utilisées pour simuler la trajectoire de transmission du PCB.

Définissez le suivi de transmission avec les paramètres suivants:

Impédance caractéristique Z0 (Ω)

Retard de propagation d (PS / Inch)

Suivi du retard de propagation TD (PS)

Longueur de suivi Length (pouces) La liste des variables peut être plus longue en fonction de la conception spécifique du PCB. Par exemple, une conception de PCB peut avoir une plaque arrière avec plusieurs points de transmission / réception. 3 tout le câblage de la ligne de transmission dépend du PCB spécifique. Typiquement, les cartes fr - 4 ont un Z0 allant de 50 à 75 ohms et un d allant de 140 à 180 PS / pouce. Les valeurs réelles de Z0 et d dépendent du matériau et des dimensions physiques de la piste de transmission réelle.

4 le retard de propagation de ligne pour une carte particulière peut être calculé comme suit: TD = dxlength.

(1) pour une carte fr - 4, le retard de propagation raisonnable (voir figure 4) pour une ligne linéaire est de 178 PS / pouce et l'impédance caractéristique est de 50 ohms.

Nous pouvons vérifier ce résultat sur la carte en mesurant l'inductance et la capacité de la trace et en insérant ces valeurs dans la formule suivante: CTR est la capacité de la ligne de suivi de la vitesse du fil en farads par pouce; Unité LTr pour profiter de l'inductance de ligne par pouce; PS / Inch est la constante diélectrique de l'air; Er est la constante diélectrique du matériau.

Par exemple, si le condensateur de ligne de la bande de transmission micro - ondes est de 2,6 PF / pouce, l'inductance de ligne est de 6,4 NH / pouce et d = 129 PS / pouce et Z0 = 49,4.

Comparaison du circuit d'agrégation et du circuit distribué une fois la ligne de transmission définie, l'étape suivante consiste à déterminer si la disposition du circuit est représentative du système d'agrégation ou du système distribué. En général, les systèmes d'agrégation sont de petite taille et les circuits distribués nécessitent plus d'espace sur la carte. Les petits circuits ont une longueur effective (longueur) dont le signal est inférieur à la caractéristique électrique la plus rapide.

Pour être un système d'agrégation admissible, un circuit sur un PCB doit répondre aux exigences suivantes:

(5) où trise est le temps de montée en secondes. Après l'implémentation d'un circuit d'agrégation sur un PCB, la stratégie de terminaison n'est pas un problème.

Fondamentalement, nous supposons que le signal de commande transmis à la ligne de transmission atteint immédiatement le récepteur.

L'Organisation des données du modèle Ibis est basée sur la plage de tension d'alimentation de l'IC. Le modèle Ibis comprend trois, six ou neuf données angulaires. Les variables qui déterminent ces angles sont le procédé silicium 1, la tension d'alimentation et la température de jonction. Les angles Spice spécifiques de processus / tension / température (Pvt) des modèles de dispositifs sont essentiels pour créer des modèles Ibis précis. Les évaluations sont différentes, le processus de silicium est différent, les modèles créés sont faibles et forts. Le concepteur définit les réglages de tension en fonction des besoins en puissance du composant et les modifie entre les valeurs nominales, minimales et maximales.

Enfin, le réglage de la température de la jonction silicium du composant est déterminé en fonction de la plage de température nominale du composant, de sa consommation électrique nominale et de la résistance thermique de la jonction et de l'environnement du boîtier, à savoir ja. Le tableau 1 fournit des exemples de trois variables Pvt et leur relation avec les processus CMOS de la série ADC ads129x de mesure du biopotentiel sur 24 bits de TI. Ces variables ont été utilisées pour réaliser six simulations spice. Les première et quatrième simulations ont utilisé un modèle de processus nominal, une tension d'alimentation nominale et une température de jonction à température ambiante. Les deuxième et cinquième simulations utilisaient un modèle de processus faible, une faible tension d'alimentation et une température de jonction élevée. Les troisième et sixième simulations ont utilisé des modèles de processus puissants, des tensions d'alimentation plus élevées et des températures de jonction plus basses.

La relation entre les valeurs de Pvt cartographie l'angle optimal du processus CMOS.

Trouver et / ou calculer les spécifications de l'émetteur les spécifications de l'émetteur spécifiées pour l'évaluation de l'intégrité du signal comprennent l'impédance de sortie (ZT) et le temps de montée (trise et tfall, respectivement). La figure 5 montre le paquet Ti ads1296 ads129x.ibs qui répertorie ses propres fichiers de modèle Ibis. 5 la valeur utilisée pour générer l'impédance est affichée sous le mot clé [pin], qui est également dans le modèle tampon (non affiché).

Le temps de boost se trouve dans la partie transitoire de la liste de données du modèle Ibis. L'impédance des broches d'entrée et de sortie ajoute l'impédance de broche de n'importe quel signal à l'impédance du modèle en Encapsulant l'inductance et la capacité. Sur la figure 5, les mots clés "[composant]", "[fabricant]" et "[paquet]" décrivent un boîtier particulier, un PBGA 64 broches (zxg). L'inductance et la capacité encapsulées d'une broche spécifique peuvent être trouvées sous le mot clé "[pin]". Par example, sur la broche 5e, on retrouve les valeurs des signaux gpio4, L - pin et C - pin.

Le signal et le boîtier ont des valeurs de l.pin (inductance de broche) et c.pin (capacité de broche) de 14891 NH et 028001 PF, respectivement. La deuxième valeur de capacité importante est celle du condensateur de silicium, c'est - à - dire c = Comp. La valeur de C = comp se trouve sous le mot - clé « [Model] » dans la liste Model Dio = 33 du fichier ads129x.ibs (voir figure 6). C = comp dans ce modèle est la capacité de la mémoire tampon Dio dont la tension de la broche d'alimentation est de 3,3 v. le symbole "|" indique un commentaire; Par conséquent, les valeurs valides de C - Comp pour cette liste sont 3.0727220e-12 F (typique), 2.3187130e-12 F (minimum) et 3.8529520e-12 F, parmi lesquelles les concepteurs de PCB peuvent choisir.

Conception d'une ligne de transmission à l'aide d'ibis cet article traite des PCB dont les impédances d'extrémité ne correspondent pas comme point de départ. Par la suite, PCB Factory a appris avec le modèle Ibis et a découvert certains composants clés de ce problème de transmission. À cet égard, il devrait y avoir une solution à ce problème.

Affiche la stratégie de correction d'arrêt et affiche la forme d'onde corrigée. Si vous souhaitez concevoir une ligne de transmission PCB, la première étape consiste à collecter des informations à partir du Manuel du produit PCB. La deuxième étape consiste à examiner le modèle Ibis pour déterminer certains paramètres qui ne peuvent pas être obtenus à partir de l'impédance d'entrée / sortie de spécification, du temps de boost et de la capacité d'entrée / sortie. Lorsque nous entrons dans la phase matérielle, nous devons utiliser le modèle Ibis pour trouver certaines spécifications clés du produit et simuler la conception finale.