Progettazione PCB - Analisi SI nel connettore e nel processo backplane di progettazione PCB

1. Progettazione del connettore backplane del circuito stampato

Il connettore backplane PCB (Backplane Connector) è un tipo di connettore comunemente usato in apparecchiature di comunicazione su larga scala, server e supercomputer ad alte prestazioni, computer industriali e dispositivi di archiviazione di fascia alta. La sua funzione principale è quella di collegare la scheda figlia e il backplane. Una struttura verticale di 90° è formata tra la singola scheda e il backplane per trasmettere segnali differenziali ad alta velocità (Differenziale Signal) o segnali single-end (Single End Signal) e grandi correnti.

Il connettore HM da 2mm è un design di giunzione testa a coda. Ci sono diversi tipi come A, B, C, ecc I due blocchi di funzione nel tipo A hanno la funzione di guida e posizionamento (posizionamento con il connettore sulla scheda), che può impedire di inserire la direzione sbagliata. Il tipo B non ha alcuna funzione di posizionamento e il tipo C, come estremità di giunzione, ha funzioni di posizionamento parziale, come mostrato nella figura sottostante. Nell'uso di un gruppo di giunzione del connettore o di un singolo connettore, il problema del posizionamento del connettore deve essere considerato. I connettori da 2mm hanno due tipi: schermatura inter-colonna e schermatura shell. Nell'uso effettivo del connettore, la selezione dovrebbe essere considerata in base alla disposizione del segnale del perno di terra e ai requisiti di schermatura; dal punto di vista di EMC, è meglio scegliere un guscio schermato. Inoltre, ci sono connettori HS3 appositamente progettati per la trasmissione del segnale ad alta velocità. La schermatura tra i perni e i segnali è stata presa in considerazione nella progettazione dei connettori. Il crosstalk generato dai connettori durante la trasmissione del segnale ad alta velocità è piccolo e il tasso di utilizzo dei pin del segnale è anche più alto, ma il prezzo è più costoso.

In linea di principio, il modello del connettore è il modello della linea di trasmissione, ma la trasmissione del segnale non si riferisce al piano di terra e il percorso di ritorno è formato attraverso il perno di terra. Ci devono essere molte linee di segnale che condividono un loop di terra, quindi l'interferenza di conduzione causata dal crosstalk del connettore deve essere Prestare attenzione.

Per la disposizione del segnale del perno del connettore, in primo luogo determinare la distribuzione del segnale e allocare ragionevolmente il segnale, l'alimentazione e le posizioni e i numeri del perno di terra. Il principio è quello di ridurre il crosstalk, ridurre le radiazioni e garantire il ciclo di terra. È meglio avere un percorso di ritorno vicino a ogni pin di segnale. La chiave è La linea del segnale è separata dagli altri segnali dal perno di terra. Tenendo conto del plug-in elettrico, per il connettore HM da 2mm, il perno di terra è più lungo del perno di alimentazione e il perno più lungo è assegnato come perno di connessione a terra e di alimentazione. Si consiglia di utilizzare il perno di terra e il segnale Gli aghi sono disposti in un modello di fiori di prugna, sfalsati secondo il segnale ad alta velocità e le posizioni dell'ago di terra per ridurre la conversazione incrociata.

In secondo luogo, l'analisi SI nel processo di progettazione PCB

L'integrità del segnale PCB non è un fenomeno nuovo, ma non ha ricevuto molta attenzione nei primi giorni del campo digitale. Con lo sviluppo della tecnologia dell'informazione e l'avvento dell'era di Internet, le persone hanno bisogno di comunicare attraverso vari sistemi di comunicazione digitale / informatica ad alta velocità. In questo enorme mercato, l'analisi dell'integrità del segnale svolge un ruolo sempre più critico nel garantire il funzionamento affidabile di questi sistemi elettronici di prodotto. Senza guida pre-SI, il prototipo può sempre trovarsi sul banco di prova. Senza la verifica SI dopo il cablaggio, il prodotto potrebbe andare storto nell'applicazione. L'analisi SI attraversa l'intero processo di progettazione ad alta velocità ed è strettamente integrata con ogni fase di progettazione. In generale, l'analisi SI ha due stati: analisi prima del cablaggio e analisi dopo il cablaggio.

Prima del routing PCB, l'analisi SI può essere utilizzata per selezionare la tecnologia I/O, la distribuzione dell'orologio, il tipo di pacchetto chip, il tipo di dispositivo, lo stack di layer, l'assegnazione dei pin, la topologia di rete, la strategia di terminazione, ecc. L'analisi SI considera in modo completo una varietà di parametri di progettazione e lo schema risultante viene utilizzato come dispositivo

Il layout e le istruzioni di instradamento garantiscono l'integrità del segnale del layout fisico. Seguirà i requisiti relativi al rumore e alla tempistica. L'analisi SI ridurrà i ripetuti lavori di progettazione e posizionamento/cablaggio, riducendo così i cicli di progettazione.

Dopo il routing PCB, l'analisi SI può verificare la correttezza delle linee guida di progettazione SI e dei vincoli di progettazione. Controllerà i conflitti SI nel design corrente, come rumore riflesso, squillo, crosstalk e rimbalzo a terra. Allo stesso tempo, rivela il problema SI che è stato ignorato prima del cablaggio, perché l'analisi dopo il cablaggio si basa sulla realizzazione di dati fisici di layout piuttosto che dati o modelli previsti. In breve, può ottenere risultati di simulazione più accurati.

Se l'analisi SI viene seguita completamente durante l'intero processo di progettazione PCB, è possibile realizzare rapidamente un sistema affidabile ad alte prestazioni. In passato, i progetti fisici prodotti dagli ingegneri di layout erano semplicemente layout meccanici per la produzione meccanica, e difficilmente implicavano alcun progetto di integrità del segnale. Con il rapido sviluppo dei sistemi elettronici, gli ingegneri di sistema incaricati di sviluppare hardware devono gradualmente considerare la progettazione dell'integrità del segnale, come la formulazione di regole di progettazione e restrizioni di cablaggio. Di solito, la loro conoscenza in questo settore deriva dall'esperienza accumulata dai progettisti precedenti, quindi non comprendono la natura dei problemi SI.

Di fronte a questo tipo di sfida, sono necessari ingegneri SI professionisti per unirsi. Quando si considera l'utilizzo di nuovi processi, come nuovi dispositivi o nuovi processi di confezionamento di chip o di produzione di cartone, gli ingegneri SI analizzeranno le caratteristiche elettriche della tecnologia dall'aspetto SI, per poi simulare attraverso software di modellazione e simulazione SI per formulare linee guida di cablaggio. Questi strumenti SI dovrebbero essere sufficientemente precisi da costruire interconnessioni a livello di modello, come vias, traces e stack planari. Allo stesso tempo, deve avere una velocità di simulazione sufficiente per analizzare se viene selezionato il modello drive/load e la strategia di terminazione. Infine, gli ingegneri SI formuleranno una serie di regole di progettazione e le trasmetteranno agli ingegneri di progettazione e agli ingegneri di cablaggio. Quindi il progettista (responsabile della progettazione complessiva del sistema) deve assicurarsi che le regole di progettazione siano pienamente implementate. Dopo aver completato il cablaggio preliminare e il layout della scheda, è possibile eseguire un'analisi parziale della rete chiave e anche la verifica post-cablaggio. Il processo di analisi SI coinvolge molte reti correlate, quindi la velocità di simulazione deve essere veloce, anche se potrebbe non raggiungere l'accuratezza prevista dagli ingegneri SI. Una volta collegato

Gli ingegneri PCB ottengono il layout SI e le regole di routing, possono generare una progettazione fisica ottimizzata basata su questi vincoli e forniranno un report sui conflitti SI nel sistema di routing. Per questi conflitti, gli ingegneri del cablaggio lavoreranno con i progettisti e gli ingegneri del sistema per risolvere questi problemi SI.