Dati PCB - Problemi di conversazione incrociata nella progettazione della scheda PCB ad alta velocità

Questo articolo analizzerà le cause del segnale crosstalk in alta velocità Scheda PCB progettazione, così come i metodi per sopprimere e migliorare. Nel campo di progettazione elettronica in rapido sviluppo di oggi, alta velocità e miniaturizzazione sono diventati l'inevitabile tendenza del progettazione. Allo stesso tempo, fattori quali l'aumento della frequenza del segnale, la riduzione delle dimensioni del circuito stampato, l'aumento della densità di cablaggio, e la riduzione dello spessore dello strato intermedio causata dall'aumento del numero di strati della scheda causerà vari problemi di integrità del segnale. Pertanto, è necessario considerare il problema di integrità del segnale quando si progetta la scheda ad alta velocità, padroneggiare la teoria dell'integrità del segnale, e quindi guidare e verificare la progettazione dell'alta velocità Scheda PCB. Tra tutti i problemi di integrità del segnale, crosstalk è molto comune. Le conversazioni incrociate possono verificarsi all'interno dei chip, così come su circuiti stampati, connettori, pacchetti chip, e cavi.

1. La generazione di Scheda PCB crosstalk

Crosstalk si riferisce all'influenza sulle linee di trasmissione adiacenti dovuta all'accoppiamento elettromagnetico quando un segnale viene trasmesso su un canale di trasmissione. Un eccessivo crosstalk può causare un falso attivazione del circuito, con conseguente non funzionamento del sistema. Un segnale mutevole (come un segnale step) si propaga da A a B lungo la linea di trasmissione e un segnale accoppiato si verifica sulla linea di trasmissione da C a D. Quando il segnale mutevole ritorna a un livello DC stabile, anche il segnale accoppiato cessa di esistere. Pertanto, il crosstalk si verifica solo nel processo di salto del segnale e più veloce il segnale cambia, maggiore è il crosstalk generato. Il crosstalk può essere diviso in crosstalk di accoppiamento capacitivo (a causa del cambiamento di tensione della sorgente di interferenza, la corrente indotta è indotta sull'oggetto da interferire, con conseguente interferenza elettromagnetica) e crosstalk di accoppiamento induttivo (a causa del cambiamento di corrente della sorgente di interferenza, la tensione indotta è causata sull'oggetto da interferire, causando così interferenze elettromagnetiche. causare interferenze elettromagnetiche). Tra questi, il segnale crosstalk generato dal condensatore di accoppiamento può essere diviso in crosstalk in avanti e crosstalk inverso Sc sulla rete vittima, e questi due segnali hanno la stessa polarità; Il segnale crosstalk generato dall'induttore accoppiato è diviso anche in crosstalk in avanti e crosstalk inverso Sc, i due segnali hanno polarità opposte. Sia la capacità reciproca che l'induttanza reciproca sono correlate al crosstalk, ma devono essere considerate separatamente. Quando il percorso di ritorno è un piano ampio e uniforme, come la maggior parte delle linee di trasmissione accoppiate su un circuito stampato, la quantità di correnti di accoppiamento capacitive e induttive è circa la stessa. In questo momento, è necessario prevedere la quantità di crosstalk tra i due. Se il mezzo del segnale parallelo è fisso, cioè nel caso di una stripline, allora il crosstalk in avanti causato dall'induttanza e dalla capacità accoppiate è approssimativamente uguale e si annulla a vicenda, quindi è necessario solo considerare il crosstalk inverso. Se il mezzo del segnale parallelo non è fisso, cioè, nel caso di una linea di microscatto, la traversa in avanti causata dall'induttanza di accoppiamento è maggiore della traversa in avanti causata dalla capacità di accoppiamento con l'aumento della lunghezza parallela, quindi la traversa del segnale parallelo interno è superioree a quella dello strato superficiale. Il crosstalk dei segnali paralleli è piccolo.

2. Analisi e soppressione del crosstalk PCB

L'intero processo di progettazione della scheda PCB ad alta velocità include passaggi come progettazione del circuito, selezione del chip, progettazione schematica, layout della scheda PCB e cablaggio. Durante la progettazione, è necessario trovare crosstalk in diversi passaggi e prendere misure per sopprimerlo per raggiungere lo scopo di ridurre le interferenze.

3. Calcolo del crosstalk PCB

Il calcolo del crosstalk è molto difficile. Ci sono tre fattori principali che influenzano l'ampiezza del segnale crosstalk: il grado di accoppiamento tra tracce, la spaziatura delle tracce e la terminazione delle tracce. La distribuzione corrente tra tracce e piani (o tra tracce e tracce) è la co-impedenza, che si tradurrà in accoppiamento reciproco dovuto alla diffusione della corrente, Con densità di corrente di picco direttamente sotto il centro della traccia e dalla traccia Entrambi i lati del decadimento rapidamente verso il terreno. Quando le tracce sono lontane dal piano, l'area del ciclo tra i percorsi avanti e ritorno aumenta, aumentando l'induttanza del circuito proporzionale all'area del ciclo. L'equazione seguente descrive la distribuzione della corrente che induce l'intero ciclo formato dai percorsi correnti avanti e ritorno. La corrente che descrive è anche l'energia totale immagazzinata nel campo magnetico intorno alla traccia del segnale.

4. Analisi del crosstalk PCB

Utilizzando strumenti EDA per simulare il crosstalk della scheda PCB è possibile trovare, individuare e risolvere rapidamente il problema crosstalk nell'implementazione della scheda PCB. La simulazione nella progettazione ad alta velocità include la simulazione schematica prima del routing e la simulazione della scheda PCB dopo il routing. Può utilizzare i vincoli ottenuti dalla simulazione come vincoli di routing effettivi per prevedere ed eliminare i problemi di crosstalk in precedenza, limitando in tal modo efficacemente il layout e le modifiche. BoardSim è per la simulazione post-posizionamento e routing, può prevedere effetti di accoppiamento sconosciuti tra i fili della scheda PCB, visualizzare i risultati della simulazione in un oscilloscopio e visualizzare i dettagli dettagliati di tutte le forme d'onda crosstalk. Il suo scopo è quello di prevedere e scoprire il problema del crosstalk del prodotto finito reale, risparmiando così tempo al progettista ed evitando la progettazione ripetuta e la fabbricazione del prototipo principale. Per la simulazione pre-layout, LineSim deve prima stabilire un modello di accoppiamento di base e impostare vincoli diversi per diversi ambienti del circuito, tra cui spaziatura del filo, lunghezza parallela, velocità di commutazione del IC driver, spessore medio, struttura dello stack, ecc. Questi vincoli consentono ai progettisti di capire dove possono sorgere problemi all'inizio della progettazione, in modo da pianificare efficacemente, ridurre le conversazioni incrociate che possono verificarsi prima del posizionamento e dell'instradamento e individuare i vincoli come vincoli per la fase successiva di posizionamento e instradamento. In termini di selezione del chip del driver, può essere introdotto il modello IBIS (Input / Output Buffer Information Specification), che è generalmente fornito dai produttori di chip. Quando si utilizza BoardSim per eseguire analisi crosstalk sul cablaggio, ci sono tre modi: simulazione crosstalk interattiva, elaborazione batch veloce e elaborazione batch dettagliata. Tra questi, la simulazione interattiva di crosstalk può osservare visivamente la situazione di interferenza attraverso l'oscilloscopio digitale. I concetti di soglia geometrica e soglia elettrica sono presentati qui. La soglia geometrica definirà una certa area, e qualsiasi rete che entra in questa area e ha una certa lunghezza è considerata una rete di attacco; la soglia elettrica definirà un importo di interferenza e qualsiasi rete che causi interferenze alla rete oltre tale importo è considerata un attacco. rete. L'uso di soglie geometriche richiede al progettista di avere una certa comprensione del crosstalk, e di sapere quanto crosstalk verrà generato a quale distanza e a quale livello. Pertanto, si consiglia generalmente di utilizzare soglie elettriche, che sono più accurate e più veloci da analizzare. Il modello di base ha due reti: il driver A0 (la linea motrice è la linea del segnale di clock e la sua frequenza operativa è 5.12MSPS), che è collegato alla resistenza C0 da 1MW attraverso la linea di trasmissione; il driver A1 in modalità ricevente è collegato alla resistenza C1 720KW attraverso la linea di trasmissione. superiore. L'impedenza caratteristica di ogni linea di trasmissione accoppiata è 68.8W e la lunghezza dell'accoppiamento è 9in. HyperLynx calcola che il ritardo per riga sia di circa 1,581ns. Il modello è diviso in 8 strati, e le due linee di segnale sono impostate come linee di livello interno (e linee microstrip) e sono sullo stesso livello. Nel layout del PCB e nei vincoli di routing, la larghezza della linea è 5mil, la spaziatura della linea è 5mil e la permittività relativa è impostata a 4,3. Nella figura, le sonde dell'oscilloscopio sono aggiunte rispettivamente a A0, B1 e C1. L'oscilloscopio può essere utilizzato per visualizzare la forma d'onda. La resistenza 10MW di B1 è impostata anche per l'aggiunta di sonde.

5. Soppressione delle conversazioni incrociate

Che si tratti del calcolo crosstalk prima della progettazione, della simulazione prima del layout e del routing, o della simulazione dopo il layout e il routing, è tutto per rendere la scheda PCB in grado di raggiungere rapidamente l'interferenza. Pertanto, è necessario utilizzare l'esperienza precedente nel processo di progettazione per risolvere il problema corrente. Di seguito riportiamo un riassunto dell'esperienza per evitare efficacemente il crosstalk nel layout e nel routing:

1) Il crosstalk generato dall'accoppiamento capacitivo e dall'accoppiamento induttivo aumenta con l'aumento dell'impedenza di carico della linea interferita, in modo da ridurre il carico può ridurre l'influenza dell'interferenza di accoppiamento;

2) Cercare di aumentare la distanza tra i fili di accoppiamento capacitivo che possono verificarsi ed è più efficace isolare i fili con un filo di terra;

3) L'inserimento di un cavo di terra tra i cavi di segnale adiacenti può anche ridurre efficacemente la crosstalk capacitiva. Questo cavo di massa deve essere collegato allo strato di terra ogni 1/4 lunghezza d'onda.

4) È difficile sopprimere l'accoppiamento induttivo. È necessario ridurre il numero di loop il più possibile, ridurre l'area loop e non lasciare che i loop di segnale condividano lo stesso filo.

5) Evitare cicli di condivisione del segnale.

Nel processo di alta velocità Scheda PCB design, non solo una comprensione dettagliata dei concetti teorici è richiesta, ma anche continuo accumulo di esperienza e miglioramento continuo della teoria. Allo stesso tempo, l'uso competente del software ausiliario pertinente può anche abbreviare il ciclo di progettazione, migliorando così la competitività, e svolgere un ruolo importante nel completamento con successo del progetto. Alta velocità Scheda PCBLa progettazione a livello e a livello di sistema è un processo complesso, I problemi di integrità del segnale, tra cui il crosstalk del segnale, non possono essere ignorati. Utilizzare metodi diversi nelle varie fasi del ciclo di progettazione per garantire che i progetti siano completati in modo rapido ed efficiente, risparmio di tempo ed evitare duplicazioni Scheda PCB.