Notizie PCB - Causa e soluzione del problema di integrità del segnale nella progettazione PCB ad alta velocità

Con lo sviluppo continuo della tecnologia a semiconduttore e della tecnologia a micron a pressione profonda, la velocità di commutazione dell'IC è aumentata da decine di M Hz a centinaia di M Hz e ha persino raggiunto diversi GHz. Nella progettazione PCB ad alta velocità, gli ingegneri incontrano spesso problemi di integrità del segnale come falso trigger, oscillazione smorzata, overshoot, undershoot e crosstalk. In questo articolo vengono discusse le cause della loro formazione, i metodi di calcolo e come risolvere questi problemi utilizzando il metodo di simulazione IBIS in Allegro.

1 Definizione dell'integrità del segnale

L'integrità del segnale (SI) si riferisce alla qualità dei segnali su una linea di segnale. La scarsa integrità del segnale non è causata da un singolo fattore, ma da una combinazione di molti fattori nella progettazione a livello di scheda. Le cause dell'integrità del segnale

Con l'aumento della frequenza del segnale, l'integrità del segnale è diventata il fulcro degli ingegneri PCB ad alta velocità.

2 la riflessione

2.1 Formazione e calcolo della riflessione

Le discontinuità di impedenza sulla linea di trasmissione causano la riflessione del segnale e quando l'impedenza di sorgente e di carico non corrispondono, il carico rifletterà parte della tensione di ritorno alla sorgente. La trasmissione differenziale di linea ha risolto molti problemi.

Cos'è un segnale differenziale? In inglese chiaro, il driver invia due segnali equivalenti e invertiti, e il ricevitore confronta la differenza tra le due tensioni per determinare se lo stato logico è "0" o "1". Le coppie di linee che portano il segnale differenziale sono chiamate linee differenziali. Impedenza differenziale di linea come calcolare? Tutti i tipi di impedenza differenziale del segnale non è la stessa, come USB D + D-, impedenza della linea differenziale è 90ohm, 1394 linea di differenza è 110ohm, prima guardare le specifiche o le informazioni pertinenti. Ora ci sono molti strumenti di calcolo dell'impedenza, come Polar SI9000, i fattori che influenzano la larghezza del filo di impedenza differenziale, la spaziatura della linea, la costante dielettrica dielettrica, lo spessore dielettrico (tra la linea di differenza e la superficie di riferimento dello spessore dielettrico), generalmente regolano la spaziatura della linea differenziale e la larghezza della linea per controllare l'impedenza differenziale. Quando si crea una piastra, si dovrebbe anche dire al produttore quali linee per controllare l'impedenza. Un segnale di differenza è una rappresentazione numerica della differenza tra due grandezze fisiche. In senso stretto, tutti i segnali di tensione sono differenziali, poiché una tensione può essere solo relativa a un'altra tensione. In alcuni sistemi, il sistema terra viene utilizzato come punto di riferimento di tensione. Quando il terreno è utilizzato come riferimento per la misurazione della tensione, questa pianificazione del segnale è detto per essere monoterminale. Usiamo questo termine perché i segnali sono rappresentati dalla tensione attraverso un singolo conduttore.

Il vantaggio dei segnali differenziali è che, poiché si controlla la tensione di riferimento, è facile identificare piccoli segnali. In uno schema di segnale a terra, il valore del segnale misurato dipende dalla consistenza del sistema a terra. Più lontano sono la sorgente e il ricevitore, maggiore è la probabilità che i loro valori di tensione locali differiscano. Il valore del segnale recuperato dal segnale differenziale è in gran parte indipendente dal valore di "terra", ma entro un certo intervallo.

Un secondo vantaggio dei segnali differenziali è che sono altamente immuni alle interferenze elettromagnetiche esterne (EMI). Una sorgente di interferenza influenza ogni estremità di una coppia di segnali differenziali in un grado quasi uguale. Poiché la differenza di tensione PADLOGIC in PADS determina il valore del segnale, qualsiasi interferenza identica che si verifica su entrambi i conduttori sarà ignorata. Oltre ad essere meno sensibili alle interferenze, i segnali differenziali generano meno EMI rispetto ai segnali single-end.

Il terzo vantaggio del segnale differenziale è il posizionamento di temporizzazione. Poiché il cambiamento di commutazione del segnale differenziale si trova all'intersezione di due segnali, a differenza del segnale monoterminale ordinario che dipende dal giudizio della tensione di soglia alta e bassa, è meno influenzato dal processo e dalla temperatura, che possono ridurre l'errore di temporizzazione ed è più adatto per il circuito del segnale di bassa ampiezza. LVDS (Segnale differenziale di bassa tensione) è una tecnologia popolare del segnale differenziale di piccola ampiezza.

Le differenze potrebbero non considerare il crosstalk perché i loro risultati di crosstalk annullano l'accettazione. Inoltre, la differenza è di bilanciare la linea, parallelo è solo una parte dell'equilibrio.

Penso che l'accoppiamento delle coppie di differenza dovrebbe essere richiesto. Per la corrispondenza di linea singola, anche se è molto matura in teoria, la linea PCB effettiva ha ancora circa il 5% di errore (per un materiale, non l'ho fatto io stesso). Una linea differenziale, d'altra parte, può essere pensata come un sistema self-loop, o i segnali sulle sue due linee di segnale sono correlati. L'accoppiamento allentato può causare interferenze da fonti diverse, e per alcuni circuiti di interfaccia, la lunghezza uguale delle coppie di differenze di allenamento Allegro è un fattore importante nel controllo del ritardo della linea. Quindi, penso che la linea di differenza dovrebbe essere strettamente accoppiata.

Per la maggior parte dei PCB ad alta velocità oggi, mantenere un buon accoppiamento è vantaggioso

Ma spero che non si confonda l'accoppiamento come condizione necessaria per coppie di differenze, che a volte limita le idee progettuali.

Quando facciamo la progettazione o l'analisi ad alta velocità, dovremmo non solo sapere come la maggior parte delle persone lo fanno, ma anche capire perché gli altri lo fanno, e quindi capire e migliorare sulla base dell'esperienza di altre persone, ed esercitare costantemente il nostro thin creativoSi considera che i segnali differenziali non hanno bisogno del piano terra come percorso di backflow, o che le linee differenziali forniscono percorso di backflow l'uno per l'altro. La causa di questo malinteso è confusa dal fenomeno superficiale, o il meccanismo di trasmissione del segnale ad alta velocità non è abbastanza profondo. I circuiti differenziali sono insensibili a proiettili simili a terra e ad altri segnali acustici che possono essere presenti nell'alimentazione elettrica e nel piano di terra. La parte offset del piano di terra del ritorno non rappresenta un circuito differenziale non viene restituito come piano di riferimento come percorso del segnale, in realtà sull'analisi del flusso del segnale, sulla linea differenziale e sulla linea a piedi comune monoterminale è coerente, il meccanismo del segnale ad alta frequenza è sempre lungo il circuito dell'induttanza per riflusso, La differenza tra la linea di differenza inoltre ci sono accoppiati al terreno, c'è accoppiamento tra loro, Qualunque sia fortemente accoppiato diventa il percorso principale di backflow. Nella progettazione del circuito PCB, l'accoppiamento tra cablaggio differenziale è generalmente piccolo, di solito rappresenta solo il 10~20% del grado di accoppiamento e la maggior parte dell'accoppiamento è a terra, quindi il percorso principale di riflusso del cablaggio differenziale esiste ancora nel piano di terra. Quando si verifica la discontinuità del piano locale, l'accoppiamento tra il cablaggio differenziale fornirà il percorso principale di riflusso nell'area senza piano di riferimento. Anche se l'impatto della discontinuità del piano di riferimento sul cablaggio differenziale non è così grave come quello del cablaggio singolo ordinario, ridurrà comunque la qualità del segnale differenziale e aumenterà l'EMI, che dovrebbe essere evitato per quanto possibile. Alcuni progettisti ritengono che il piano di riferimento della linea di trasmissione differenziale possa essere rimosso per sopprimere parte del segnale di modo comune nella trasmissione differenziale, ma teoricamente questo approccio non è auspicabile. Come controllare l'impedenza? Senza fornire loop di impedenza di terra per segnale in modalità comune, la radiazione EMI è destinata ad essere causata, che fa più male che bene.