Notizie PCB - Prestare attenzione alle tracce ad angolo retto, alle tracce differenziali e alle tracce serpentine nel layout PCB

Layout è una delle competenze lavorative più basilari per gli ingegneri di progettazione PCB. La qualità del cablaggio influenzerà direttamente le prestazioni dell'intero sistema. La maggior parte delle teorie di progettazione ad alta velocità deve essere finalmente implementata e verificata attraverso Layout. Si può vedere che il cablaggio è cruciale nella progettazione PCB ad alta velocità. Di seguito analizzeremo la razionalità di alcune situazioni che possono essere incontrate nel cablaggio reale e forniremo alcune strategie di routing più ottimizzate. Si spiega principalmente da tre aspetti: cablaggio ad angolo retto, cablaggio differenziale e cablaggio a serpentina.

Il cablaggio ad angolo retto è generalmente una situazione che deve essere evitata il più possibile nel cablaggio PCB, ed è quasi diventato uno degli standard per la misurazione della qualità del cablaggio. Quindi quanta influenza avrà il cablaggio ad angolo retto sulla trasmissione del segnale? In linea di principio, il percorso ad angolo retto cambierà la larghezza della linea della trasmissione, causando discontinuità nell'impedenza. Infatti, non solo l'instradamento ad angolo retto, ma anche gli angoli e l'instradamento ad angolo acuto possono causare cambiamenti di impedenza. L'influenza del percorso ad angolo retto sul segnale si riflette principalmente in tre aspetti: uno è che l'angolo può essere equivalente a un carico capacitivo sulla linea di trasmissione, che rallenta il tempo di salita; In secondo luogo, l'impedenza discontinua causerà la riflessione del segnale; Il terzo è l'EMI generato dalla punta ad angolo retto. La capacità parassitaria causata dall'angolo retto della linea di trasmissione può essere calcolata con la seguente formula empirica:C=61W(Er)1/2/Z0Nella formula precedente, C si riferisce alla capacità equivalente dell'angolo (unità: pF), W si riferisce alla larghezza della traccia (unità: inch), εr si riferisce alla costante dielettrica del mezzo e Z0 è l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Ad esempio, per una linea di trasmissione 4Mils 50 ohm (εr è 4,3), la capacità portata da un angolo retto è di circa 0,0101pF, e quindi il cambiamento del tempo di salita causato da questo può essere stimato: T10-90%=2,2*C*Z0/2 = 2,2*0,0101*50/2 = 0,556psSi può vedere attraverso il calcolo che l'effetto di capacità portato dalla traccia di angolo retto è estremamente piccolo. Man mano che la larghezza della linea della traccia ad angolo retto aumenta, l'impedenza diminuisce, quindi si verificherà un certo fenomeno di riflessione del segnale. Possiamo calcolare l'impedenza equivalente dopo che la larghezza della linea aumenta secondo la formula di calcolo dell'impedenza menzionata nel capitolo della linea di trasmissione, e quindi Calcolare il coefficiente di riflessione secondo la formula empirica: ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0) Generalmente, il cambiamento di impedenza causato dal cablaggio ad angolo retto è compreso tra il 7% -20%, quindi il coefficiente massimo di riflessione è di circa 0,1. Inoltre, come si può vedere dalla figura sottostante, l'impedenza della linea di trasmissione cambia al minimo entro la lunghezza della linea W/2, per poi tornare alla normale impedenza dopo il tempo di W/2. L'intero tempo di cambio di impedenza è estremamente breve, spesso entro 10ps. All'interno, tali cambiamenti veloci e piccoli sono quasi trascurabili per la trasmissione generale del segnale. Molte persone hanno questa comprensione del cablaggio ad angolo retto. Pensano che la punta sia facile da trasmettere o ricevere onde elettromagnetiche e generare EMI. Questo è diventato uno dei motivi per cui molte persone pensano che il cablaggio ad angolo retto non possa essere utilizzato. Tuttavia, molti risultati reali mostrano che le tracce ad angolo retto non produrranno EMI più evidenti delle linee rette. Forse le prestazioni attuali dello strumento e il livello di prova limitano l'accuratezza del test, ma almeno illustra un problema. La radiazione del cablaggio ad angolo retto è già inferiore all'errore di misurazione dello strumento stesso. In generale, il percorso ad angolo retto non è così terribile come immaginavo. Almeno nelle applicazioni al di sotto di GHz, eventuali effetti come capacità, riflessione, EMI, ecc. sono difficilmente riflessi nei test TDR. Gli ingegneri di progettazione PCB ad alta velocità dovrebbero ancora concentrarsi sul layout, sulla progettazione di potenza / terra e sulla progettazione di cavi. Via buchi e altri aspetti. Naturalmente, anche se l'impatto del cablaggio ad angolo retto non è molto grave, non significa che possiamo tutti utilizzare il cablaggio ad angolo retto in futuro. L'attenzione al dettaglio è la qualità di base che ogni buon ingegnere deve avere. Inoltre, con il rapido sviluppo dei circuiti digitali, PCB La frequenza del segnale elaborato dagli ingegneri continuerà ad aumentare. Nel campo della progettazione RF superiore a 10GHz, questi piccoli angoli retti possono diventare il fulcro dei problemi ad alta velocità.2. Il segnale differenziale (segnale differenziale) è sempre più ampiamente utilizzato nella progettazione di circuiti ad alta velocità. Il segnale più critico nel circuito è spesso progettato con una struttura differenziale. Cosa lo rende così popolare? Come garantire le sue buone prestazioni nella progettazione PCB? Con queste due domande, passiamo alla prossima parte della discussione. Cos'è un segnale differenziale? In termini laici, l'estremità motrice invia due segnali uguali e invertiti, e l'estremità ricevente giudica lo stato logico "0" o "1" confrontando la differenza tra le due tensioni. La coppia di tracce che trasportano segnali differenziali è chiamata tracce differenziali. Rispetto alle normali tracce di segnale monoterminale, i segnali differenziali hanno i vantaggi più evidenti nei seguenti tre aspetti: a. Forte capacità anti-interferenza, perché l'accoppiamento tra le due tracce differenziali è molto buono. Quando c'è interferenza di rumore dall'esterno, sono quasi accoppiati alle due linee contemporaneamente, e l'estremità ricevente si preoccupa solo della differenza tra i due segnali. Pertanto, il rumore esterno in modalità comune può essere completamente cancellato. b. Può sopprimere efficacemente l'IME. Per lo stesso motivo, a causa della polarità opposta dei due segnali, i campi elettromagnetici da essi irradiati possono annullarsi a vicenda. Più stretto è l'accoppiamento, minore è l'energia elettromagnetica rilasciata al mondo esterno. c. Il posizionamento temporale è accurato. Poiché il cambiamento dell'interruttore del segnale differenziale si trova all'intersezione dei due segnali, a differenza del segnale monoterminale ordinario, che dipende dalle tensioni di soglia alte e basse da determinare, è meno influenzato dal processo e dalla temperatura, che possono ridurre l'errore nella temporizzazione., Ma anche più adatto per circuiti di segnale a bassa ampiezza. L'attuale LVDS popolare (segnalazione differenziale a bassa tensione) si riferisce a questo technolog di segnalazione differenziale di piccola ampiezza

I seguenti sono alcuni suggerimenti per gli ingegneri Layout quando si tratta di linee serpentine:1. Cercare di aumentare la distanza (S) dei segmenti di linea parallela, almeno maggiore di 3H, H si riferisce alla distanza dalla traccia del segnale al piano di riferimento. In termini profani, si tratta di andare intorno a una grande curva. Finché S è abbastanza grande, l'effetto di accoppiamento reciproco può essere quasi completamente evitato.2. Ridurre la lunghezza di accoppiamento Lp, quando il doppio ritardo Lp si avvicina o supera il tempo di aumento del segnale, il crosstalk generato raggiungerà la saturazione.3. Il ritardo di trasmissione del segnale causato dalla linea serpentina della striscia o della microstriscia incorporata è inferiore a quello della microstriscia. In teoria, la stripline non influenzerà la velocità di trasmissione a causa della modalità differenziale crosstalk.4. Per le linee di segnale ad alta velocità e quelle con severi requisiti di temporizzazione, cercare di non utilizzare linee serpentine, soprattutto in piccole aree.5. È spesso possibile utilizzare tracce di serpentina a qualsiasi angolo, come la struttura C nella figura 1-8-20, che può efficacemente ridurre l'accoppiamento reciproco.6. Nella progettazione PCB ad alta velocità, la linea serpentina non ha la cosiddetta capacità di filtraggio o anti-interferenza e può solo ridurre la qualità del segnale, quindi viene utilizzata solo per la corrispondenza temporale e non ha altro scopo.