Notizie PCB - Domande e risposte su esperti di progettazione PCB ad alta velocità

1. Come realizzare il cablaggio differenziale dei segnali di orologio ad alta velocità? Come risolvere il problema di integrità del segnale nella progettazione ad alta velocità? Come viene realizzato il metodo di cablaggio differenziale? Come implementare il cablaggio differenziale per una linea di segnale di clock con un solo terminale di uscita?

Risposte degli esperti:

L'integrità del segnale è fondamentalmente un problema di corrispondenza dell'impedenza. I fattori che influenzano la corrispondenza dell'impedenza includono la struttura e l'impedenza di uscita della sorgente del segnale, l'impedenza caratteristica della traccia, le caratteristiche dell'estremità di carico e la topologia della traccia. La soluzione è quella di affidarsi alla topologia di terminazione e regolazione del cablaggio.

Ci sono due punti a cui prestare attenzione nel layout della coppia differenziale. Uno è che la lunghezza dei due fili dovrebbe essere il più lunga possibile, e l'altro è che la distanza tra i due fili (questa distanza è determinata dall'impedenza differenziale) deve essere mantenuta costante, cioè per rimanere parallela. Ci sono due modi paralleli, uno è che i due fili corrono sullo stesso lato-by-side, e l'altro è che i due fili corrono su due strati adiacenti sopra e sotto (sopra-sotto). Generalmente, il primo ha più implementazioni affiancate.

Per utilizzare il cablaggio differenziale, ha senso che sia la sorgente del segnale che l'estremità ricevente sono segnali differenziali. Pertanto, è impossibile utilizzare il cablaggio differenziale per un segnale di clock con un solo terminale di uscita.

Quando le coppie di linee di segnale differenziali ad alta velocità sono instradate in parallelo sulla scheda PCB, nel caso di corrispondenza di impedenza, a causa dell'accoppiamento reciproco dei due fili, porterà molti benefici. Tuttavia, ci sono opinioni che questo aumenterà l'attenuazione del segnale e influenzerà la distanza di trasmissione. È così e perché? Ho visto nelle schede di valutazione di alcune grandi aziende che alcuni dei cablaggi ad alta velocità erano il più vicini e paralleli possibile, mentre alcuni deliberatamente causavano la distanza tra i due fili di essere lontani e vicini. Non so quale sia meglio. Il mio segnale è superiore a 1GHz e l'impedenza è di 50 ohm.

Quando si utilizza un software per calcolare, la coppia differenziale viene calcolata anche con 50 ohm? O è calcolato in 100 ohm? È possibile aggiungere una resistenza corrispondente tra le coppie di linee differenziali all'estremità ricevente? Grazie!

Risposte degli esperti:

Una ragione per l'attenuazione dell'energia del segnale ad alta frequenza è la perdita del conduttore (perdita del conduttore), compreso l'effetto della pelle, e l'altra è la perdita dielettrica della sostanza dielettrica. Questi due fattori possono essere visti nel grado della loro influenza sull'attenuazione del segnale quando la teoria elettromagnetica analizza l'effetto della linea di trasmissione. L'accoppiamento della linea differenziale influenzerà la loro impedenza caratteristica e diventerà più piccolo. Secondo il principio del divisore di tensione (divisore di tensione), questo renderà la tensione inviata dalla sorgente di segnale alla linea più piccola. Per quanto riguarda l'analisi teorica dell'attenuazione del segnale dovuta all'accoppiamento, non l'ho letta, quindi non posso commentarla.

Il cablaggio della coppia differenziale dovrebbe essere opportunamente vicino e parallelo. La cosiddetta prossimità appropriata è perché la distanza influenzerà il valore dell'impedenza differenziale, che è un parametro importante per la progettazione di coppie differenziali. La necessità di parallelismo è anche di mantenere la coerenza dell'impedenza differenziale. Se le due linee sono improvvisamente lontane e vicine, l'impedenza differenziale sarà incoerente, che influenzerà l'integrità del segnale e il ritardo di temporizzazione.

Il calcolo dell'impedenza differenziale è 2 (Z11-Z12), dove Z11 è l'impedenza caratteristica della traccia stessa, e Z12 è l'impedenza generata dall'accoppiamento tra le due linee differenziali, che è correlata alla distanza della linea. Pertanto, quando l'impedenza differenziale è progettata per essere di 100 ohm, l'impedenza caratteristica della traccia stessa deve essere leggermente superiore a 50 ohm. Per quanto riguarda quanto grande è, può essere calcolato con software di simulazione. La resistenza di corrispondenza tra le coppie di linee differenziali all'estremità ricevente è solitamente aggiunta e il suo valore dovrebbe essere uguale al valore dell'impedenza differenziale. In questo modo la qualità del segnale sarà migliore.

3. Come affrontare alcuni conflitti teorici nel cablaggio reale. Nel cablaggio reale, molte teorie sono in conflitto tra loro; per esempio:

1. Affrontare il collegamento di più basi analogiche / digitali: teoricamente dovrebbero essere isolati l'uno dall'altro, ma in miniaturizzazione effettiva e cablaggio ad alta densità, a causa di limitazioni di spazio o isolamento assoluto, le tracce analogiche di terra di piccolo segnale saranno troppo lunghe. È difficile raggiungere una connessione teorica. Il mio approccio è quello di dividere il terreno del modulo funzione analogico/digitale in un'isola completa, e il terreno analogico/digitale del modulo funzione è collegato a quest'isola. Poi collega l'isola al "grande" terreno attraverso la trincea. Mi chiedo se questo approccio sia corretto.

2. In teoria, la connessione tra l'oscillatore di cristallo e la CPU dovrebbe essere il più breve possibile. A causa del layout strutturale, la connessione tra l'oscillatore di cristallo e la CPU è relativamente lunga e sottile, quindi è interferita e il lavoro è instabile. Come risolvere questo problema dal cablaggio? Ci sono molti altri problemi come questo, in particolare i problemi EMC ed EMI sono considerati nel cablaggio PCB ad alta velocità. Ci sono molti conflitti, che è un mal di testa. Come posso risolvere questi conflitti? Grazie mille!

Risposte degli esperti:

Fondamentalmente, è giusto dividere e isolare il terreno analogico/digitale. Va notato che la traccia del segnale non dovrebbe attraversare il luogo diviso (fossato) il più possibile e il percorso della corrente di ritorno dell'alimentazione e del segnale non dovrebbe essere troppo grande.

L'oscillatore di cristallo B è un circuito analogico di oscillazione di feedback positivo. Per avere un segnale di oscillazione stabile, deve soddisfare le specifiche di guadagno e fase del ciclo. Le specifiche di oscillazione di questo segnale analogico sono facilmente disturbate. Anche se vengono aggiunte tracce di protezione del suolo, potrebbe non essere in grado di isolare completamente l'interferenza. E se è troppo lontano, il rumore sul piano di terra influenzerà anche il circuito di oscillazione di feedback positivo. Pertanto, la distanza tra l'oscillatore di cristallo e il chip deve essere il più vicino possibile.

C È vero che vi sono molti conflitti tra cablaggio ad alta velocità e requisiti EMI. Ma il principio di base è che la resistenza e capacità o la perla di ferrite aggiunta da EMI non può causare alcune caratteristiche elettriche del segnale per non soddisfare le specifiche. Pertanto, è meglio utilizzare le abilità di organizzare tracce e impilare PCB per risolvere o ridurre i problemi EMI, come i segnali ad alta velocità che vanno allo strato interno. Infine, il condensatore di resistenza o il metodo della perlina di ferrite viene utilizzato per ridurre il danno al segnale.

4. Il problema di anti-interferenza nella parte analogica e digitale. Ci sono spesso A/D in alcuni sistemi. Domanda: Per migliorare l'anti-interferenza, a parte la separazione della terra analogica e della terra digitale, collegare solo in un punto dell'alimentazione elettrica e addensare il terreno e le linee elettriche. Spero che gli esperti diano alcune buone opinioni e suggerimenti!

Risposte degli esperti:

Oltre all'isolamento a terra, prestare attenzione anche all'alimentazione della parte del circuito analogico. Se l'alimentazione è condivisa con il circuito digitale, è meglio aggiungere un circuito filtrante. Inoltre, il segnale digitale e il segnale analogico non dovrebbero essere interlacciati, soprattutto non attraverso il terreno diviso (fossato).

5. Cablaggio automatico dei segnali ad alta velocità. Al fine di massimizzare la qualità dei segnali ad alta velocità, siamo abituati al cablaggio manuale, ma l'efficienza è troppo bassa. L'uso di router automatici non può monitorare il metodo di avvolgimento dei segnali chiave, il numero di vias e la posizione. Il routing manuale dei segnali chiave e quindi il routing automatico ridurranno la velocità di layout del routing automatico, e la regolazione dei risultati del routing automatico significa più carico di lavoro di routing, come bilanciare le contraddizioni di cui sopra e utilizzare router eccellenti per contribuire a completare il routing dei segnali ad alta velocità?

Risposte degli esperti:

La maggior parte dei router automatici di software di cablaggio forte ora hanno impostato vincoli per controllare il metodo di avvolgimento e il numero di vias. Le capacità del motore di avvolgimento e gli elementi di impostazione dei vincoli di varie società EDA a volte differiscono notevolmente. Ad esempio, se ci sono abbastanza vincoli per controllare il modo di avvolgimento serpentino, se è possibile controllare la distanza di traccia della coppia differenziale, ecc. Ciò influenzerà se il metodo di routing del routing automatico può soddisfare l'idea del progettista. Inoltre, la difficoltà di regolare manualmente il cablaggio è anche assolutamente correlata alla capacità del motore di avvolgimento. Ad esempio, la capacità di spinta della traccia, la capacità di spinta della via, e anche la capacità di spinta della traccia al rivestimento di rame e così via. Pertanto, scegliere un router con forte capacità del motore di avvolgimento è la soluzione.

6Ci sono specifiche per la progettazione del coupon di prova. Può riferirsi ad esso? Come progettare il coupon di prova in base alla situazione reale del consiglio? Ci sono problemi che richiedono attenzione? Grazie!

Risposte degli esperti:

Il coupon di prova viene utilizzato per misurare se l'impedenza caratteristica della scheda PCB prodotta soddisfa i requisiti di progettazione con TDR (Time Domain Reflectometer). Generalmente, l'impedenza da controllare ha due casi: una linea singola e una coppia differenziale. Pertanto, la larghezza e la spaziatura della linea sul tagliando di prova (quando c'è una coppia differenziale) dovrebbero essere uguali alla linea da controllare. La cosa più importante è la posizione del punto di messa a terra durante la misurazione. Per ridurre l'induttanza del cavo di terra, il posto di messa a terra della sonda TDR è solitamente molto vicino alla punta della sonda. Pertanto, la distanza e il metodo tra il punto di misura del segnale e il punto di terra sul coupon di prova devono corrispondere alla sonda utilizzata.

7. per quanto riguarda il problema della messa a terra rivestita di rame nell'area vuota dello strato di segnale nella progettazione PCB ad alta velocità. Nella progettazione PCB ad alta velocità, l'area vuota dello strato di segnale può essere rivestita di rame, quindi il rame di più strati di segnale è ben messo a terra, o mezzo a terra e mezzo a terra.

Risposte degli esperti:

Generalmente, la placcatura in rame nell'area vuota è per lo più messa a terra. Basta prestare attenzione alla distanza tra il rame e la linea del segnale quando si applica il rame accanto alla linea del segnale ad alta velocità, perché il rame applicato ridurrà leggermente l'impedenza caratteristica della traccia. Attenzione anche a non alterare l'impedenza caratteristica di altri strati, ad esempio nella struttura della doppia stripline.

8. Impedenza caratteristica. Grazie per aver risposto alla mia ultima domanda. L'ultima volta hai detto che il piano di potenza e il piano di terra sono fondamentalmente piani metallici, quindi c'è un effetto schermante sul campo elettrico e sul campo magnetico. È possibile utilizzare il modello di linea microstrip per calcolare l'impedenza caratteristica della linea di segnale sul piano di potenza? È possibile calcolare il segnale tra il tempo utilizzando il modello stripline?

Risposte degli esperti:

Sì, nel calcolo dell'impedenza caratteristica, sia il piano di potenza che il piano di terra devono essere considerati piani di riferimento. Ad esempio, una scheda a quattro strati: strato superiore-potenza layer-ground layer-bottom layer. In questo momento, il modello di impedenza caratteristico dello strato superiore è un modello di linea microtrip con il piano di potenza come piano di riferimento.

9. Il problema di corrispondenza delle linee di segnale ad alta velocità. Nel layout delle schede ad alta velocità (come le schede madri p4), perché le linee di segnale ad alta velocità (come i dati della CPU e le linee di segnale di indirizzo) devono corrispondere? Quali pericoli nascosti ci saranno se non corrispondono? Quali fattori determinano l'intervallo di lunghezza corrispondente (cioè la differenza di ritardo temporale della linea del segnale), e come calcolarlo?

Risposte degli esperti:

La ragione principale della corrispondenza caratteristica dell'impedenza della traccia è di evitare che la riflessione causata dall'effetto della linea di trasmissione ad alta velocità influenzi l'integrità del segnale e il tempo di volo. In altre parole, se non corrisponde, il segnale verrà riflesso per influenzare la sua qualità.

L'intervallo di lunghezza di tutte le tracce è impostato in base ai requisiti di temporizzazione. Ci sono molti fattori che influenzano il tempo di ritardo del segnale e la lunghezza della traccia è solo uno di loro. P4 richiede che la lunghezza di alcune linee di segnale dovrebbe essere entro un certo intervallo. È il margine di temporizzazione calcolato in base alla modalità di trasmissione (orologio comune o sorgente sincrona) utilizzata dal segnale e viene assegnata una parte dell'errore ammissibile della lunghezza di traccia. Per quanto riguarda il calcolo della sequenza temporale delle due modalità di cui sopra, non è conveniente descrivere in dettaglio qui a causa delle limitazioni di tempo e spazio.