PCB Tecnico - Integrità del segnale e impedenza caratteristica del dispositivo

Quando si tenta di stabilizzare i vari segnali sulla scheda, problemi di integrità del segnale possono causare alcuni problemi. Il modello IBIS è un modo semplice per risolvere questi problemi. È possibile utilizzare il modello IBIS per estrarre alcune variabili importanti per il calcolo dell'integrità del segnale e per trovare soluzioni per la progettazione PCB. I vari valori estratti dal modello IBIS sono parte integrante dei calcoli di progettazione dell'integrità del segnale.

Quando si tratta di problemi di corrispondenza delle linee di trasmissione nel sistema, è necessario comprendere l'impedenza elettrica e le caratteristiche dei circuiti integrati e delle linee PCB. La figura 1 mostra la struttura di una linea di trasmissione monoterminale.

Figura 1 Linea di trasmissione monoterminale che collega i componenti del trasmettitore, della linea di trasmissione e del ricevitore

Per quanto riguarda la linea di trasmissione, possiamo estrarre l'impedenza di uscita del trasmettitore IC (ZT, Ω) e l'impedenza di ingresso del ricevitore (ZR, Ω) dal modello IC IBIS. Molte volte, le specifiche del prodotto del produttore IC non descrivono queste specifiche del circuito integrato (IC), ma è possibile ottenere tutti questi valori attraverso il modello IBIS.

È possibile definire la linea di trasmissione con i seguenti quattro parametri: impedenza caratteristica (Z0, Ω), ritardo di propagazione della scheda (D, ps/in), ritardo di propagazione della linea (tD, secondi) e lunghezza di traccia (LUNGHEZZA, pollici). In generale, la gamma Z0 della scheda FR-4 è da 50Ω a 75Ω, e la gamma D è da 140 ps/in a 180 ps/in. I valori effettivi di Z0 e D dipendono dalle dimensioni materiali e fisiche della linea di trasmissione effettiva ("Riferimento 1"). Il ritardo di linea (tD) su un particolare circuito è uguale al ritardo di propagazione (D) moltiplicato per la lunghezza della traccia che si sta utilizzando (LUNGHEZZA). I metodi di calcolo per tutte le schede sono:

D = 1012 Ö (CTR * LTR) o

D = 85 ps/in * Ö (er)

Z0 = Ö (LTR/CTR)

tD = D * LUNGHEZZA

Quando si utilizza la scheda FR-4, il ritardo ragionevole di propagazione della stripline è 178 ps/inch e l'impedenza caratteristica è 50Ω.

La specifica del trasmettitore utilizzata per la valutazione dell'integrità del segnale è l'impedenza di uscita (ZT). Quando si determina l'impedenza di uscita, l'area [Pin] nel modello IBIS fornisce il valore parassitario della resistenza, dell'induttanza e della capacità di ogni pin. Dopo di che, è possibile mettere insieme la capacità del pacchetto e il valore di capacità (C_comp) di ogni buffer per una comprensione più chiara.

Come descritto in [Componente], [Produttore] e [Package] sopra la parola chiave [Pin], la parola chiave [Pin] è relativa al pacchetto specifico. Troverete capacità e induttanza del pacchetto nella tabella delle parole chiave [Pin] perché è correlata al pin. Ad esempio, nel modello ads129x.ibs ("Riferimento 2"), la Figura 2 mostra dove trovare il valore L_pin e il valore C_pin del segnale pin 5E (PBGA, pacchetto a 64 pin) GPIO4.

Figura 2 Elenco pacchetti del pacchetto ads1296zxg incluso il valore C_pin

Il segnale e il pacchetto L_pin (induttanza del pin) e C_pin (capacità del pin) sono rispettivamente 1.489 Nh e 0.28001 pF.

Il secondo valore di capacità importante è il valore C_comp sotto la parola chiave [Model]. Proprio come trovate il modello corretto nel modello IBIS, troverete anche un elenco di valori C_comp. La figura 3 mostra un esempio di C_comp nel modello DIO_33 ("Riferimento 2").

Figura 3 In ads129x.ibs, è un elenco dei modelli DIO_33 e dei relativi valori C_comp correlati.

Nella dichiarazione di cui alla figura 3, il simbolo "|" indica un commento. L'elenco di C_comp validi ("Riferimento 3") in questa dichiarazione è:

| typ min max

| (nome PVT) (PVT veloce) (PVT lento)

C_comp 3.0727220e-12 2.3187130e-12 3.8529520e-12

Attraverso questa lista, i progettisti di PCB possono scegliere tra tre valori. Nella fase di progettazione della linea di trasmissione PCB, il valore tipico di 3.072722 Pf è la scelta corretta.

Il modello IBIS fornisce alcuni indizi per i progettisti di PCB, consentendo loro di simulare la scheda prima di passare alla progettazione del prototipo. Se conosci il metodo di ricerca, il modello IBIS può fornirti l'impedenza e la capacità caratteristica di tutti i pin. Il passo successivo nella valutazione è determinare la resistenza in ingresso/uscita di ogni buffer, che introdurremo la prossima volta.