Dati PCB - Progettazione di scheda PCB ad alta velocità basata su Cadenza

1. The introduction
The correspondingad alta velocità Scheda PCB è sempre più utilizzato, il design è sempre più complesso. Con la crescente domanda di comunicazione, la velocità di trasmissione e elaborazione del segnale sta diventando sempre più veloce. Il circuitoo ad alta velocità ha due significati:, è alta frequenza. Si ritiene generalmente che la frequenza del circuito digitale raggiunga o superi 45MHz a 50MHz, e il circuito funzionante a questa frequenza ha rappresentato un terzo dell'intero sistema, così si chiamaad alta velocità circuit. Inoltre, considerando il tempo di salita e caduta del segnale, quando il tempo di salita del segnale è inferiore a 6 volte il ritardo di trasmissione del segnale, il segnale è considerato comead alta velocità segnale, che non ha nulla a che fare con la frequenza specifica del segnale.

2. Contenuto di base diad alta velocità Scheda PCBdesign
High-speed circuit design in the modern circuit design of the proportion is more and more large, il design è sempre più difficile, la sua soluzione non solo necessitaad alta velocità dispositivi, ma ha anche bisogno della saggezza del designer e del lavoro attento, deve studiare e analizzare attentamente la situazione specifica, risolvere l'esistentead alta velocità problemi di circuito. In generale, Il design comprende principalmente tre aspetti: progettazione dell'integrità del segnale, progettazione di compatibilità elettromagnetica, progettazione dell'integrità energetica.

2.1 Signal Integrity design

Signal integrity refers to the quality of the signal on the signal line. Un segnale con buona integrità del segnale significa che ha i valori di livello di tensione necessari per raggiungere quando necessario. La scarsa integrità del segnale non è causata da alcun fattore, ma da una combinazione di fattori nella progettazione a livello di consiglio. Soprattutto nel circuito ad alta velocità, la velocità di commutazione del chip utilizzato è troppo veloce, la disposizione dei componenti terminali non è ragionevole, l'interconnessione del circuito non è ragionevole e così via causerà il problema di integrità del segnale. Comprende principalmente conversazioni incrociate, riflessione, overshoot e downhoot, oscillazione, ritardo del segnale, ecc.

2.1.1 Crosstalk (crosstalk)
Crosstalk is the unnecessary coupling between two adjacent signal lines. L'induttanza reciproca e la tolleranza tra le linee di segnale causano il rumore sulla linea. Pertanto, è diviso in crosstalk induttivo e crosstalk capacitivo, che causano rispettivamente corrente accoppiata e tensione accoppiata. Il crosstalk deve essere considerato quando la velocità di bordo del segnale è inferiore a 1ns. Se c'è corrente di segnale alternata attraverso la linea di segnale, genererà campo magnetico alternato, e la linea di segnale adiacente nel campo magnetico indurrà la tensione del segnale. I parametri generali Scheda PCB livello, la distanza tra le linee di segnale, le caratteristiche elettriche dell'estremità motrice e dell'estremità ricevente, e la modalità di connessione della linea del segnale hanno una certa influenza sul crosstalk. Strumento di simulazione del segnale in Cadenza, 6 linee di segnale di accoppiamento possono essere simulate dopo crosstalk allo stesso tempo. I parametri di scansione che possono essere impostati sono: costante dielettrica di Scheda PCB, spessore del mezzo, spessore del rame immerso, lunghezza e larghezza della linea del segnale, spaziatura della linea del segnale. Nella simulazione, è necessario specificare una linea di segnale danneggiata, che è, per indagare l'interferenza di un'altra linea di segnale a questa linea, e impostellae l'eccitazione come costante alto o costante basso, in modo che la somma della tensione indotta di altre linee di segnale a questa linea di segnale possa essere misurata, in modo che la distanza e la lunghezza parallela possano soddisfare i requisiti.

2.1.2 Reflex (reflection)
Reflection is the echo of a signal along a transmission line, come sappiamo quando la luce viaggia attraverso un mezzo discontinuo e parte della sua energia viene riflessa indietro. A questo punto, la potenza del segnale non è tutta trasmessa al carico, alcune sono riflesse indietro. In unad alta velocità PCB, il cavo deve essere equivalente alla linea di trasmissione. Secondo la teoria della linea di trasmissione, se la sorgente e il carico hanno la stessa impedenza, la riflessione non avverrà. Un disallineamento nell'impedenza tra le due cause di riflessione, e il carico riflette parte della tensione di ritorno alla sorgente. La tensione riflessa può essere positiva o negativa, a seconda dell'entità della relazione tra l'impedenza di carico e l'impedenza di sorgente. Se il segnale riflesso è forte e sovrapposto al segnale originale, è probabile che cambi lo stato logico, con conseguente ricezione di errori di dati. Se il segnale dell'orologio può causare l'orologio lungo il monotono, e poi causare il grilletto sbagliato. Geometria generale del cablaggio, terminazioni errate del cavo, trasmissione tramite connettori, e discontinuità nel piano di potenza possono causare tali riflessi. Inoltre, c'è spesso un'uscita con più ricevitori, e poi la riflessione generata da diverse strategie di cablaggio ha effetti diversi su ogni ricevitore, quindi la strategia di cablaggio è anche un fattore che non può essere ignorato.

2.1.3 Overshoot and undershoot

Overshoot is a signal jump caused by too fast circuit switching and the reflection mentioned above, che è, il picco del segnale supera il valore di picco o valle della tensione impostata. Un downhraft è il prossimo trogolo o picco. Un eccesso eccessivo può causare il funzionamento del diodo di protezione, che porta a fallimento prematuro, e gravi danni al dispositivo. Downrun eccessivi possono causare falsi errori di clock o dati, che possono essere ridotti o eliminati aggiungendo endpoint appropriati.

2.1.4 Oscillations and Pawnchess
The phenomenon of oscillation is the repeated occurrence of overshot and downshot, L'oscillazione del segnale e l'oscillazione circostante è causata dal disallineamento di impedenza tra l'estremità ricevente e la linea di trasmissione e l'estremità della sorgente causato da induttanza e capacità eccessive sulla linea, di solito si verifica vicino alla soglia del livello logico, Attraversare la soglia del livello logico per molte volte porterà a disfunzioni logiche. Oscillazioni e oscillazioni circonferenziali sono causate da altrettanti fattori come riflessi, e le oscillazioni possono essere ridotte terminando o cambiando i parametri PCB appropriati, ma non può essere completamente eliminato. Nel software di simulazione del segnale di Cadence, i problemi di integrità del segnale di cui sopra sono misurati in parametri di riflessione. Nel modello IBIS drive device e receiver repository, abbiamo solo bisogno di impostare diversi parametri di impedenza della linea di trasmissione, resistenza, velocità di trasmissione del segnale o linea stripline e microtrip, può essere calcolato direttamente utilizzando la forma d'onda del segnale dello strumento di simulazione e i dati corrispondenti, in modo da poter trovare il valore di impedenza corrispondente della linea di trasmissione, resistenza, velocità di trasmissione del segnale, Nel corrispondente Scheda PCB software Allegro, the width of the corresponding signal line in each layer can be obtained according to the corresponding transmission line impedance value and signal transmission rate (the order and parameters of lamination need to be set in advance). Ci sono molti modi per scegliere la corrispondenza della resistenza, compresa la sorgente fine - fine - fine e parallela fine - fine, ecc. Nella strategia di cablaggio può anche scegliere diversi modi: crisantemo, star, personalizzato, ogni modo ha i suoi vantaggi e svantaggi, secondo diversi risultati di simulazione del circuito per determinare la selezione specifica.

2.1.5 Signal Delay
The circuit can only receive data in accordance with the specified time sequence, ritardo troppo lungo del segnale può portare a confusione di tempistiche e funzioni, in un sistema a bassa velocità non sarà un problema, ma la velocità del bordo del segnale aumenta, il clock rate aumenta, il tempo di trasmissione tra dispositivi e il tempo di sincronizzazione sarà abbreviato. Il sovraccarico dell'azionamento e il cablaggio lungo causeranno ritardi. Tutti i ritardi dei gate devono essere soddisfatti in tempi sempre più brevi, incluso il tempo di installazione, tempo di attesa, ritardo e deviazione della linea. Perché la capacità e l'induttanza equivalenti sulla linea di trasmissione ritardano la commutazione digitale del segnale, accoppiato con l'avvolgimento oscillante causato dalla riflessione, il segnale dati non può soddisfare il tempo richiesto dal dispositivo ricevente per ricevere correttamente, con conseguente ricezione di errori. Software di simulazione del segnale in Cadenza, il ritardo del segnale è misurato anche nei sotto-parametri di riflessione, Settledelay, Switchdelay e Propdelay. I primi due parametri sono correlati al carico di prova nella libreria di modelli IBIS. Questi due parametri possono essere determinati dai parametri manuali dell'utente dei dispositivi del driver e del ricevitore. Possono essere confrontati con Settledelay simulati e Switchdelay. Se i valori di Switchdelay ottenuti in modalità Slow sono tutti inferiori al valore calcolato, e i valori di Switchdelay ottenuti in modalità Fast sono tutti maggiori del valore calcolato, poi si può ottenere la gamma Propdelay tra i due dispositivi di cui abbiamo veramente bisogno. Durante il posizionamento di un dispositivo specifico, se il dispositivo non è in una posizione appropriata, la parte della tabella di ritardo corrispondente mostrerà rosso, che diventerà blu quando la posizione è regolata correttamente, indica che il ritardo tra i dispositivi ha raggiunto l'intervallo Propdelay specificato.

2.2 Design for Electro Magnetic Compatibility
Electromagnetic compatibility includes electromagnetic interference and electromagnetic tolerance, che è, eccessiva radiazione elettromagnetica e sensibilità alle radiazioni elettromagnetiche. Ci sono due tipi di interferenza elettromagnetica: interferenza di conduzione e interferenza di radiazione. Interferenza condotta si riferisce alla conduzione di segnali da una rete elettrica a un'altra rete elettrica attraverso mezzo conduttivo sotto forma di corrente. In Scheda PCB, si manifesta principalmente come rumore di terra e rumore di potenza. L'interferenza irradiata è quando un segnale si irradia sotto forma di onde elettromagnetiche che colpiscono un'altra rete elettrica. Nella progettazione diad alta velocità Scheda PCB e sistema, Linea di segnale ad alta frequenza, perni di chip, Può diventare la fonte di interferenza con le caratteristiche dell'antenna. Secondo l'importanza della progettazione EMC, Può essere diviso in quattro livelli: dispositivo e progettazione a livello PCB, Progettazione del sistema di messa a terra, Progettazione e progettazione di sistemi di schermatura. Tra loro, le prime due sono importanti, il dispositivo e Scheda PCB La progettazione di livello comprende principalmente la selezione di dispositivi attivi, impilamento di circuiti stampati, layout e cablaggio, ecc. La progettazione del sistema di messa a terra comprende principalmente la modalità di messa a terra, controllo dell'impedenza del suolo, messa a terra dell'anello di terra e dello strato di schermatura. Strumento di simulazione in Cadenza, I parametri di simulazione delle interferenze elettromagnetiche possono essere impostati nella X, Y, Direzione Z della distanza, intervallo di frequenza, indennità di progettazione, conformità alle norme, ecc. Questa simulazione appartiene al post-simulazione, principalmente per verificare se soddisfa i requisiti di progettazione, quindi, nei lavori preliminari, abbiamo anche bisogno di progettare secondo la teoria delle interferenze elettromagnetiche, la prassi abituale è quella di controllare le regole di progettazione delle interferenze elettromagnetiche applicate a ciascun collegamento del progetto, per ottenere l'unità e il controllo delle regole in ogni link.

2.3 Power integrity design
Inad alta velocità circuiti, Anche l'alimentazione elettrica e l'integrità del suolo sono un fattore molto importante, perché l'integrità dell'alimentazione elettrica e l'integrità del segnale sono strettamente correlate. Nella maggior parte dei casi, La causa principale della distorsione del segnale è il sistema di alimentazione. Ad esempio: il rumore di rimbalzo del terreno è troppo grande, la progettazione del condensatore di disaccoppiamento è inappropriata, l'alimentazione multipla o la segmentazione del piano di terra non è buona, la progettazione dello strato non è ragionevole, La distribuzione corrente non è uguale porterà problemi di integrità dell'alimentazione elettrica, con conseguente distorsione del segnale e influenza l'integrità del segnale. Le idee principali per risolvere il problema sono determinare il sistema di distribuzione dell'energia, per dividere il circuito stampato di grandi dimensioni in diverse schede di piccole dimensioni, per determinare la capacità di disaccoppiamento in base al rumore Ground Bounce, e considerare l'insieme Scheda PCB. Quando hanno grande corrente che scorre nel circuito per giocare, come una grande quantità di chip output allo stesso tempo aperto, ci sarà un flusso di corrente transitorio più grande nel chip dalla fonte di alimentazione del piano piatto, I pacchetti del chip e la resistenza e l'induttanza del piano di alimentazione causeranno il rumore dell'alimentazione elettrica, non produrrà nel piano di terra reale fluttuazioni e cambiamenti di tensione, il rumore influenzerà gli altri componenti dell'azione. Nel disegno, riduzione della capacità di carico, aumento della resistenza al carico, Ridurre l'induttanza al suolo e ridurre il numero di interruttori allo stesso tempo può ridurre l'elasticità al suolo. A causa della segmentazione del piano geoelettrico, per esempio, lo strato è diviso in terreno digitale, Terra analogica, terra protetta, ecc., quando il segnale digitale va alla regione analogica della linea di terra, il rumore di riflusso del piano di terra sarà generato. Allo stesso tempo, a seconda del dispositivo selezionato, lo strato di alimentazione può essere diviso in diversi strati di tensione, Quindi il rumore dello scatto del terreno e del backflow necessitano di particolare attenzione. La scelta del sistema di distribuzione dell'energia e del condensatore di disaccoppiamento è molto importante nella progettazione dell'integrità dell'alimentazione elettrica. Generalmente, keep the impedance between the power supply system (power supply and ground plane) as low as possible. Possiamo determinare l'impedenza target che vogliamo raggiungere attraverso la gamma specificata di cambiamenti di tensione e corrente, e quindi regolare i fattori rilevanti nel circuito per rendere l'impedenza di ogni parte del sistema di alimentazione e l'impedenza di destinazione. Per il condensatore di disaccoppiamento, è necessario considerare i parametri parassitari del condensatore, Calcolare quantitativamente il numero del condensatore di disaccoppiamento e la capacità di ciascun condensatore e la posizione specifica, per quanto possibile non più di un condensatore, non meno di uno. Strumenti di simulazione in Cadenza, Il rimbalzo di messa a terra è chiamato rumore simultaneo dell'interruttore. Nella simulazione, l'induttanza parassitaria, Capacità e resistenza tra l'alimentazione elettrica e l'induttanza parassitaria, Sono prese in considerazione capacità e resistenza del pacchetto del dispositivo, e i risultati sono più coerenti con la situazione attuale. Inoltre, secondo il tipo di circuito e la frequenza di lavoro utilizzata dal sistema, dopo aver impostato i parametri desiderati, la dimensione e la posizione di posizionamento appropriate della capacità possono essere calcolate, e un ciclo di messa a terra con bassa impedenza può essere progettato per risolvere il problema dell'integrità dell'alimentazione elettrica su Scheda PCB.