Progettazione PCB - La ragione per la linea serpentina di progettazione PCB ad alta velocità?

La linea della serpentina è molto comune, ci sono una serie di usi e compensazione del ritardo (temporizzazione isometrica) nella progettazione convenzionale del più ampiamente usato; Attraverso l'avvolgimento del filo per controllare la lunghezza del cablaggio, il controllo della larghezza del filo, l'avvolgimento della spaziatura del filo, noto come allineamento serpentino.

Prima di spiegare il cablaggio PCB prima di completare il lavoro di ispezione, vi introdurrò in primo luogo a tre tecniche di cablaggio speciali per la progettazione PCB.

La linea di layout PCB sarà spiegata da tre aspetti: linea ad angolo retto, cablaggio differenziale e linea serpentina:

Linea ad angolo retto (tre aspetti). L'influenza della linea ad angolo retto sul segnale si riflette principalmente in tre aspetti: In primo luogo, l'angolo può essere equivalente al carico capacitivo sulla linea di trasmissione, che rallenta il tempo di salita, e il secondo è che la discontinuità di impedenza causerà la riflessione del segnale, il terzo è la punta ad angolo retto generata da EMI, che supera il campo di progettazione RF 10GHz, questi piccoli angoli retti possono diventare il fuoco di problemi ad alta velocità.

Cablaggio differenziale ("lunghezza uguale,equidistante,piano di riferimento"). Che cos'è un segnale differenziale (segnale differenziale)? Nella terminologia popolare, il driver invia due segnali invertiti equivalenti, e il ricevitore determina lo stato logico "0" o "1" confrontando la differenza tra le due tensioni. E la coppia di fili che trasportano segnali differenziali sono chiamati fili differenziali.

Rispetto al cablaggio del segnale singolo ordinario, il vantaggio più evidente del segnale differenziale risiede nei seguenti tre aspetti:

1) La capacità anti-interferenza è forte, perché l'accoppiamento tra le due linee differenziali è molto buono. Quando c'è interferenza di rumore dall'esterno, sono accoppiati alle due linee quasi allo stesso tempo e l'estremità ricevente presta attenzione solo alla differenza tra i due segnali, in modo che il rumore esterno comune della modalità possa essere completamente cancellato.

2) Può efficacemente sopprimere l'IME. Per lo stesso motivo, a causa della polarità dei due segnali, i loro campi elettromagnetici esterni irradiati possono annullarsi a vicenda. Più vicino è l'accoppiamento, meno energia elettromagnetica rilasciata al mondo esterno.

3) Posizionamento preciso della temporizzazione, perché il cambiamento dell'interruttore differenziale del segnale si trova all'intersezione dei due segnali, a differenza dei segnali monoterminale ordinari che si basano sui giudizi di tensione di soglia alta e bassa, quindi attraverso questo processo, l'effetto della temperatura è piccolo e può essere ridotto l'errore di temporizzazione è anche più adatto ai circuiti di segnale a bassa ampiezza.

L'attuale popolare LVDS (Low Voltage Differential Signaling) si riferisce a questa tecnologia del segnale differenziale di piccola ampiezza.

3.Snake line (regolare il ritardo). La linea del serpente è un metodo di cablaggio comunemente usato nel layout. Il suo scopo principale è quello di regolare il ritardo per soddisfare i requisiti di progettazione della temporizzazione del sistema. I parametri più critici sono la lunghezza di accoppiamento parallelo (Lp) e la distanza di accoppiamento (S). Ovviamente, quando il segnale è trasmesso sulla linea serpentina, nel modo differenziale, ci sarà accoppiamento tra i segmenti di linea parallela, e la S più piccola è maggiore è il Lp, maggiore è il grado di accoppiamento. Può portare a una riduzione del ritardo di trasmissione e ridurre notevolmente la qualità del segnale causata dal crosstalk. Il meccanismo può riferirsi all'analisi di modalità comune e modalità differenziale crosstalk.

L'applicazione della linea serpentina è diversa, il suo ruolo è anche diverso, approssimativamente i seguenti diversi ruoli principali:

Regolare il ritardo per soddisfare i requisiti di tempistica

A causa della progettazione del circuito ad alta velocità, parte della velocità di trasmissione del segnale è molto veloce, quindi il tempo di trasmissione del segnale (cioè ritardo) in diverse lunghezze della linea sarà diverso.

Se i segnali non arrivano contemporaneamente, ciò può causare errori di dati o instabilità del sistema.

Ovviamente, il serpente può essere utilizzato per aumentare la lunghezza di una particolare linea, e la lunghezza e la forma del serpente possono essere controllati con precisione in base alle esigenze progettuali. Regolando il grado e il numero di curve nella serpentina, gli ingegneri di layout possono aumentare o diminuire accuratamente la lunghezza della linea per corrispondere al ritardo di altri percorsi critici, in modo che i percorsi critici nell'intero circuito abbiano lo stesso ritardo per soddisfare i requisiti di progettazione di temporizzazione del sistema.

Riduzione dell'interferenza elettromagnetica (EMI) e dell'interferenza di radiofrequenza (RFI)

La forma sinuosa dell'allineamento del serpente può diffondere l'energia radiante originariamente concentrata in un'area ad un'area più ampia, il che aiuta a ridurre l'intensità della radiazione in un'area specifica, riducendo così l'interferenza con l'ambiente circostante.

Allo stesso tempo, cosa più importante, quando due vicini allineamento serpentino allo stesso tempo con dimensioni uguali, direzione opposta della corrente, il campo magnetico generato da loro si cancellerà a vicenda, riducendo così la radiazione elettromagnetica, riducendo l'interferenza di altri circuiti o apparecchiature.

Naturalmente, nella progettazione di circuiti ad alta densità, ci possono essere crosstalk e accoppiamenti tra diverse linee di segnale. Il routing a serpentina può ridurre la vicinanza fisica tra le linee del segnale cambiando la forma e il layout delle linee, riducendo così gli effetti di crosstalk e accoppiamento tra i segnali.

Corrispondenza dell'impedenza

La corrispondenza di impedenza è una considerazione importante di progettazione in alcuni circuiti, come i circuiti di radiofrequenza (RF) o i circuiti di trasmissione dati ad alta velocità.

Il routing della serpentina, insieme alla regolazione della larghezza del filo e dello spessore del foglio di rame, può essere utilizzato per regolare l'impedenza della linea per corrispondere all'impedenza tra la sorgente e il carico, riducendo così riflessi e perdite e migliorando l'efficienza di trasmissione del segnale.

Soppressione ad alta frequenza

L'allineamento della serpentina è equivalente ad una semplice bobina induttiva, che può sopprimere alcuni segnali ad alta frequenza a causa del principio dell'induzione elettromagnetica.

Svantaggi

La linea serpentina può rendere il cablaggio complesso e richiedere un sacco di calcoli e ottimizzazione, il che aumenta la difficoltà di progettazione e produzione e può portare a costi e tempi aggiuntivi.

Nel frattempo, la qualità del segnale diminuisce, che può cambiare la qualità di trasmissione del segnale. A causa della flessione e della meandria dei fili del segnale nell'allineamento a serpentina, il segnale può essere soggetto a più perdite e interferenze durante la trasmissione, portando a una diminuzione della qualità del segnale, come distorsione del segnale e aumento del rumore.

Di seguito sono riportati alcuni suggerimenti per gli ingegneri di layout per affrontare le linee serpentine:

1) Massimizzare la distanza (S) del segmento parallelo, almeno superiore a 3h, dove h si riferisce alla distanza dalla linea del segnale al piano di riferimento. È popolare per bypassare la linea Big Bend. Finché s è abbastanza grande, l'effetto di accoppiamento tra di loro può essere quasi completamente evitato.

2) Ridurre la lunghezza di accoppiamento LP. Quando il ritardo LP è due volte più vicino o superiore al tempo di aumento del segnale, il crosstalk risultante raggiungerà la saturazione.

3) Il ritardo di trasmissione del segnale causato dalla linea serpentina della linea di strip (linea di strip) o della linea di microstrip sepolta (microstrip incorporato) è inferiore al ritardo di trasmissione del segnale della linea di microstrip (microstrip). In teoria, a causa della modalità differenziale crosstalk, la stripline non influenzerà la velocità di trasmissione.

4) I requisiti di temporizzazione ad alta velocità e rigorosi della linea di segnale, cercare di non prendere la linea serpentina, specialmente sulla linea di avvolgimento su piccola scala.

5) È spesso possibile utilizzare il cablaggio a serpentina a qualsiasi angolo, che può efficacemente ridurre l'accoppiamento tra di loro.

6) Progettazione PCB ad alta velocità, la linea serpentina non ha la cosiddetta capacità di filtraggio o anti interferenza, che ridurrà solo la qualità del segnale, quindi può essere utilizzata solo per la corrispondenza delle serie temporali e non ha altro scopo.

7) A volte il metodo di avvolgimento del filo a spirale può essere considerato e l'effetto di visualizzazione della simulazione è migliore di quello del filo serpentino ordinario. Dopo il routing PCB, il cablaggio è completato? Ovviamente no! È anche molto necessario dopo il lavoro di ispezione del cablaggio PCB, quindi come controllare la progettazione e il cablaggio PCB, ma anche per saperne di più su altre conoscenze correlate.

La linea serpentina è un metodo comune di cablaggio PCB, può aiutare a ridurre le interferenze elettromagnetiche e il segnale crosstalk, migliorare la stabilità e l'affidabilità del circuito. Nella progettazione di circuiti ad alta frequenza e ad alta velocità, l'applicazione ragionevole dell'allineamento della serpentina può svolgere un ruolo importante, è uno dei mezzi tecnici importanti nella progettazione del PCB.