Dati PCB - Ricerca sull'analisi e il controllo incrociati nella progettazione di schede PCB ad alta velocità

Nel campo di progettazione di schede PCB in rapido sviluppo di oggi, l'alta velocità e la miniaturizzazione sono diventate una tendenza. Come mantenere e migliorare la velocità e le prestazioni del sistema riducendo le dimensioni del sistema elettronico è diventato un problema importante per i progettisti. La tecnologia EDA ha sviluppato una serie completa di strumenti e metodologie di analisi di progettazione per PCB ad alta velocità e sistemi a livello di scheda, queste tecnologie coprono tutti gli aspetti dell'analisi di progettazione di circuiti ad alta velocità: analisi della temporizzazione statica, analisi dell'integrità del segnale, progettazione EMI / EMC, analisi del rimbalzo a terra, analisi della potenza e router ad alta velocità. Allo stesso tempo, include anche la verifica e la firma dell'integrità del segnale, il rilevamento dello spazio di progettazione, la pianificazione dell'interconnessione, la sintesi dell'interconnessione vincolata da regole elettriche e la proposta di metodi tecnici come i sistemi forniscono anche la possibilità di risolvere i problemi di integrità del segnale in modo efficiente e migliore. Qui, discuteremo il metodo di analisi del crosstalk del segnale nei problemi di integrità del segnale e il suo controllo.

1. Il meccanismo di generazione del segnale crosstalk

Crosstalk significa che quando un segnale viene trasmesso sul canale di trasmissione, ha un effetto indesiderato sulle linee di trasmissione adiacenti a causa dell'accoppiamento elettromagnetico e una certa tensione di accoppiamento e corrente di accoppiamento vengono iniettate nel segnale interferente. Un eccessivo crosstalk può causare un falso attivazione del circuito, con conseguente non funzionamento del sistema. Nel circuito mostrato nella Figura 1, il cancello tra AB è chiamato Aggressor Line, e il cancello tra CD è chiamato Victim Line. Non appena l'aggressore cambia stato, possiamo osservare il battito incrociato della vittima. La trasmissione del segnale sul canale di trasmissione provoca due diversi tipi di segnali acustici sulle linee di trasmissione adiacenti: segnali accoppiati capacitivamente e segnali accoppiati induttivamente. L'accoppiamento capacitivo è l'interferenza elettromagnetica causata dal cambiamento della tensione (Vs) sulla sorgente di interferenza (Aggressore) sull'oggetto interferito (Vittima) causando il passaggio della corrente indotta (i) attraverso la capacità reciproca Cm, mentre l'accoppiamento induttivo è dovuto alla sorgente di interferenza. Il campo magnetico generato dal cambiamento della corrente (Is) causa l'interferenza elettromagnetica causata dalla tensione indotta (V) sull'oggetto perturbante attraverso l'induttanza reciproca (Lm).

2. L'effetto del flusso corrente sul crosstalk

Il crosstalk è direzionale e la sua forma d'onda è una funzione della direzione della corrente. Qui guardiamo le simulazioni del segnale in due casi. Il primo caso è che le correnti della rete metallica della sorgente di interferenza e della rete metallica dell'oggetto interferito sono nella stessa direzione, e il secondo caso è che le correnti della rete metallica della sorgente di interferenza e della rete metallica dell'oggetto interferito sono in direzioni opposte (cioè, quello situato al punto B è la fonte motrice, e quello situato al punto A è la fonte motrice. il punto è il carico). Entrambe le reti di linea AB e CD vengono aggiunte con segnali 20MHz. Si può vedere dai risultati della simulazione che il valore di picco della traversa di fine lontano (357,6 mm) quando il flusso corrente è nella direzione opposta è maggiore del valore di picco della traversa di fine lontano (260,5 mm) quando il flusso corrente è nella stessa direzione. Allo stesso tempo, si può vedere dalla Figura 4 che quando cambia il flusso corrente dell'interferente, cambia anche la polarità crosstalk della sorgente interferente. Ciò dimostra che la magnitudine e la polarità del crosstalk sono correlate al flusso corrente del segnale sulla sorgente di interferenza corrispondente. Il crosstalk estremo al punto D è generalmente maggiore di quello vicino al punto C. Pertanto, nella soppressione del crosstalk, il crosstalk estremo al punto D è solitamente usato come fattore chiave da considerare quando si esamina la tensione trasversale di picco della rete di linea.

3. Frequenza della sorgente di segnale e velocità di capovolgimento del bordo

Maggiore è la frequenza del segnale interferente, maggiore è l'ampiezza crosstalk sull'oggetto interferente. Abbiamo simulato il crosstalk sull'oggetto interferente quando la frequenza del segnale f1 sulla rete interferente AB nella Figura 1 ha preso valori di frequenza differenti, rispettivamente. Per le forme d'onda crosstalk quando le frequenze del segnale sono diverse, le frequenze di forma d'onda indicate dalle frecce contrassegnate "1" e "2" sono rispettivamente "500MHz" e "100MHz". Dai risultati della simulazione si può vedere che la tensione crosstalk sull'oggetto interferito è proporzionale alla frequenza del segnale sorgente di interferenza. Quando la frequenza della sorgente di interferenza è superiore a 100MHz, devono essere adottate le misure necessarie per sopprimere il crosstalk. Allo stesso tempo, si può anche vedere dalla Figura 5 che quando la frequenza della sorgente di interferenza è grande fino a 500 MHz, è ovvio che il crosstalk del punto vicino-end C dell'oggetto interferito è maggiore del crosstalk del punto estremo D, che indica che l'accoppiamento capacitivo ha superato l'accoppiamento induttivo ed è diventato il principale fattore di interferenza. In questo caso, non solo il crosstalk estremo deve essere gestito bene, ma anche il crosstalk vicino, spesso trascurato, deve essere gestito con attenzione. Inoltre, analizziamo un altro fattore che ha una grande influenza sul crosstalk, che è la velocità di flip edge del segnale. edge) ha un maggiore impatto sulla crosstalk, e più velocemente cambia il bordo, maggiore è la crosstalk. Poiché i dispositivi con elevate velocità di ribaltamento dei bordi sono sempre più utilizzati nella progettazione di moderni circuiti digitali ad alta velocità, tali dispositivi, anche se le loro frequenze di segnale non sono elevate, dovrebbero essere attentamente instradati per evitare la generazione di un eccessivo crosstalk.

4. L'influenza della spaziatura P e della lunghezza parallela L delle due linee sulla dimensione del crosstalk

A condizione che la distanza tra le due linee e la lunghezza parallela sia invariata, viene rilevata la crosstalk dell'oggetto da interferire (contrassegnato con "1"); Il secondo caso è quello di aumentare la distanza tra le due linee a 10mils sotto la premessa che la lunghezza parallela delle due linee è invariata. Quindi rilevare il segno crosstalk "2" dell'oggetto interferito; Il terzo caso è quello di aumentare la lunghezza parallela delle due linee a 2,6 pollici segno "3" a condizione che la distanza tra le due linee sia invariata e quindi rilevare la crosstalk dell'oggetto interferito. Si può vedere dai risultati della simulazione che quando la distanza tra le due linee è aumentata (P è cambiata da 5mils a 10mils), la crosstalk è significativamente ridotta, e quando la lunghezza parallela delle due linee è allungata (L è cambiata da 1,3 pollici a 2,6 pollici), la crosstalk è aumentata significativamente. Si può vedere da questo che la grandezza della tensione crosstalk è inversamente proporzionale alla distanza tra le due linee e proporzionale alla lunghezza parallela delle due linee, ma non è completa relazione multipla. Quando lo spazio di cablaggio è piccolo o la densità di cablaggio è grande, quando il cablaggio in un circuito ad alta velocità reale, al fine di impedire la crosstalk delle linee di segnale ad alta frequenza alle linee di segnale adiacenti, che può causare un falso innesco del livello del cancello, le risorse di cablaggio consentono In determinate condizioni, la distanza tra le linee (eccetto le linee differenziali) dovrebbe essere aperta il più vicino possibile e la lunghezza parallela di due o più linee di segnale dovrebbe essere ridotta. che può non solo risparmiare risorse di cablaggio tese, ma anche sopprimere efficacemente il crosstalk.

5. L'effetto del piano di terra sul crosstalk

Le schede PCB multistrato generalmente includono diversi strati di segnale e diversi strati di potenza e più strati di segnale e strati di potenza sono impilati per formare linee di trasmissione standard microtrip e linee di trasmissione a strisce. C'è generalmente un piano di alimentazione elettrica adiacente alla linea di trasmissione microtrip e alla linea di trasmissione della striscia e lo strato di segnale corrispondente e lo strato di alimentazione sono riempiti di dielettrico. Lo spessore di questo strato dielettrico è un fattore importante che influisce sull'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Quando diventa più spessa, l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione diventa più grande e quando diventa più sottile, l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione diventa più piccola. Lo spessore dello strato dielettrico tra la linea di trasmissione e il piano di terra ha una grande influenza sul crosstalk. Per la stessa struttura di cablaggio, quando lo spessore dello strato dielettrico è raddoppiato, la traversa aumenta significativamente. Allo stesso tempo, per lo stesso spessore dello strato dielettrico, il reticolo della linea di trasmissione della striscia è più piccolo di quello della linea di trasmissione del microtrip. Si può vedere che l'influenza del piano di terra sulle linee di trasmissione di strutture diverse è anche diversa. Pertanto, nell'instradamento PCB ad alta velocità, l'uso di linee di trasmissione a strisce può ottenere una migliore soppressione del crosstalk rispetto all'uso della trasmissione microstrip.

6. Controllo del crosstalk

È impossibile eliminare il crosstalk, possiamo controllare il crosstalk solo entro un intervallo tollerabile. Pertanto, possiamo prendere le seguenti misure durante la progettazione del PCB: 1) Se lo spazio di cablaggio lo consente, aumentare la distanza tra le linee; 2) Quando si contano gli strati, ridurre la distanza tra lo strato di segnale e lo strato di terra a condizione che i requisiti di impedenza siano soddisfatti. 3) Progettare segnali chiave ad alta velocità come coppie di linee differenziali, quali orologi di sistema ad alta velocità; 4) Se due strati di segnale sono adiacenti, eseguire il cablaggio in direzioni ortogonali per ridurre il numero di strati tra gli strati. accoppiamento; 5) Progettare linee di segnale ad alta velocità come linee di strip o linee microstrip incorporate; 6) Durante l'instradamento, ridurre la lunghezza delle linee parallele e può instradare in modalità jog; 7) Nel caso di soddisfare i requisiti di progettazione del sistema, provare a utilizzare il dispositivo a bassa velocità sulla scheda PCB.