PCB Tecnico - Linee guida di progettazione PCB per garantire l'integrità del segnale

Di seguito è riportata un'introduzione alle linee guida di progettazione PCB per garantire l'integrità del segnale e risolvere i segnali:

(SI) Prima il problema, maggiore è l'efficienza di progettazione, evitando così l'aggiunta di apparecchiature terminali prima che la progettazione PCB sia completata.

Ci sono molti strumenti e risorse per la pianificazione del progetto SI. Questo articolo discute i problemi fondamentali dell'integrità del segnale e diversi metodi per risolvere i problemi SI, ignorando i dettagli tecnici del processo di progettazione. Con l'aumento della velocità di commutazione dell'uscita IC, quasi tutti i progetti incontrano problemi di integrità del segnale indipendentemente dal periodo del segnale.

Il circuito stampato può essere completamente messo a terra e facile da formare un ciclo di alimentazione e un gran numero di terminali discreti può essere utilizzato secondo necessità, ma il design deve essere corretto e non può essere in uno stato critico. Gli esperti di SI ed EMC eseguono simulazioni e calcoli prima del cablaggio, e poi la progettazione del circuito stampato segue una serie di regole di progettazione molto rigorose. In caso di dubbio, è possibile aggiungere apparecchiature di terminazione per ottenere il maggior margine di sicurezza SI possibile. Nel processo di lavoro effettivo del circuito stampato, ci saranno sempre alcuni problemi. Pertanto, utilizzando il cablaggio del terminale ad impedenza controllabile, il problema SI può essere evitato.

In breve, il design ultra-standard risolve il problema SI.

Di seguito vengono descritte le linee guida comuni di progettazione SI per il processo di progettazione. 2 Il lavoro di preparazione pre-progettazione prima dell'inizio della progettazione deve prima considerare e determinare la strategia di progettazione per guidare la selezione dei componenti, la selezione del processo e il controllo dei costi di produzione del circuito stampato. Nel caso di SI, condurre una pre-ricerca per formare linee guida di pianificazione o progettazione per garantire che non ci siano evidenti problemi di SI, crosstalk o problemi di tempistica nei risultati di progettazione. I produttori di IC possono fornire alcune linee guida di progettazione, ma le linee guida fornite dal fornitore di chip (o le linee guida di progettazione proprie) hanno limitazioni. Secondo le linee guida, il circuito stampato che soddisfa i requisiti SI potrebbe non essere progettato affatto.

Se le regole di progettazione sono semplici, non è necessario alcun ingegnere di progettazione PCB.

Prima del layout effettivo del PCB, i seguenti problemi devono essere risolti prima. Questi problemi influenzeranno il circuito che stai progettando (o considerando di progettare) nella maggior parte dei casi. Se il numero di circuiti stampati è grande, questo è molto prezioso. Alcuni gruppi di progetto hanno una grande autonomia nel determinare il numero di strati PCB, mentre altri gruppi di progetto no, quindi è molto importante conoscere la loro posizione. Comunicare con gli ingegneri di produzione e analisi dei costi può determinare l'errore a cascata del circuito stampato, che è anche una buona opportunità per scoprire la tolleranza di fabbricazione del circuito stampato.

Tutte queste informazioni possono essere utilizzate nella fase di pre-cablaggio. Sulla base dei dati di cui sopra, è possibile scegliere di cascata. Si prega di notare che quasi ogni PCB inserito in un altro circuito stampato o backplane ha requisiti di spessore e la maggior parte dei produttori di circuiti stampati ha requisiti di spessore fissi per i diversi tipi di strati che possono produrre, il che limiterà notevolmente il livello finale Il numero di giunti. Si consiglia di lavorare a stretto contatto con il produttore per definire il numero di cascate.

Lo strumento di controllo dell'impedenza dovrebbe essere utilizzato per generare l'intervallo di impedenza target di diversi strati, tenendo conto della tolleranza di fabbricazione fornita dal produttore e dell'influenza dei cavi adiacenti. Idealmente, per l'integrità del segnale, tutti i nodi ad alta velocità dovrebbero essere collegati allo strato interno del controllo dell'impedenza (ad esempio, stripline), ma in realtà, gli ingegneri devono spesso utilizzare lo strato esterno per ottenere l'uso di tutti o parte dei nodi ad alta velocità. Al fine di ottimizzare il SI e mantenere il circuito disaccoppiato, i piani terra/potenza dovrebbero essere posizionati il più possibile in coppia. Se si può avere solo un paio di aerei terra / potenza, si sarà lì. Se non c'è alcun piano di potenza, si possono incontrare problemi SI per definizione.

Prima di definire il percorso di ritorno per segnali indefiniti, si possono anche incontrare situazioni in cui è difficile simulare o simulare le prestazioni del circuito stampato. 4Crosstalk e controllo dell'impedenza L'accoppiamento da linee di segnale adiacenti causerà crosstalk e cambierà l'impedenza della linea di segnale. L'analisi di accoppiamento delle linee di segnale parallele adiacenti può determinare la distanza "sicura" o prevista (o lunghezza di cablaggio parallelo) tra le linee di segnale o tra le varie linee di segnale. Ad esempio, per limitare la conversazione incrociata tra nodi di segnale clock e dati a 100mV, ma per mantenere parallele le linee di segnale, è possibile calcolare o simulare per trovare la distanza minima consentita tra i segnali su qualsiasi dato livello di cablaggio. Allo stesso tempo, se il progetto include nodi importanti per l'impedenza (o orologi o architetture dedicate di memoria ad alta velocità), il routing deve essere posizionato su uno strato (o più strati) per ottenere l'impedenza richiesta. 5 Importanti ritardi dei nodi ad alta velocità e ritardi temporali È un fattore chiave che deve essere considerato per il routing dell'orologio. A causa di severi requisiti di temporizzazione, il nodo di solito deve utilizzare apparecchiature terminali per ottenere la migliore qualità SI.

Per identificare questi nodi in anticipo, pianificare il tempo necessario per regolare il posizionamento e l'instradamento dei componenti al fine di regolare il puntatore al design dell'integrità del segnale. 6. La scelta della tecnologia PCB e della tecnologia di azionamento differente è adatta a diversi compiti. Il segnale è punto a punto o leggermente più? Il segnale è in uscita dal circuito stampato o è lasciato sullo stesso circuito stampato? Qual è il ritardo di tempo consentito e la tolleranza al rumore? Come standard generale per la progettazione dell'integrità del segnale, più lenta è la velocità di conversione, migliore è l'integrità del segnale. Non c'è motivo per un orologio 50MHZ di utilizzare un tempo di salita 500PS.

Il dispositivo di controllo della frequenza oscillante 2-3NS è abbastanza veloce da garantire la qualità del SI e aiutare a risolvere i problemi di commutazione sincrona dell'uscita (SSO) e compatibilità elettromagnetica (EMC). Nella nuova tecnologia programmabile FPGA o ASIC definita dall'utente, si può trovare la superiorità della tecnologia di azionamento. Con questi dispositivi personalizzati (o semi-personalizzabili), è possibile avere un sacco di spazio per scegliere ampiezza e velocità di azionamento.

All'inizio della progettazione, soddisfare i requisiti di tempo di progettazione FPGA (o ASIC) e determinare le opzioni di uscita appropriate, compresa la selezione del pin (se possibile). In questa fase di progettazione, un modello di simulazione adatto è ottenuto dal fornitore IC.

Per coprire efficacemente la simulazione SI, è necessario un simulatore SI e un modello di simulazione corrispondente (probabilmente un modello IBIS).

Infine, nella fase di pre-cablaggio e routing, è necessario stabilire una serie di linee guida di progettazione, tra cui: impedenza del livello target, spaziatura del cablaggio, tecnologia del dispositivo preferita, topologia dei nodi chiave e pianificazione della terminazione.

7 Il processo di base di pre-cablaggio nella fase di pre-cablaggio della programmazione SI deve prima definire la gamma dei parametri di ingresso (ampiezza dell'unità, impedenza, velocità di tracciamento) e l'eventuale intervallo topologico (lunghezza minima/massima, lunghezza breve, ecc.), quindi eseguire ogni possibile simulazione Combine, analizzare i risultati della simulazione SI e infine trovare un intervallo di valori accettabile. Successivamente, il campo di lavoro viene interpretato come i vincoli di cablaggio del cablaggio PCB. Diversi strumenti software possono essere utilizzati per eseguire questo tipo di preparazione di "pulizia" e il programma di cablaggio può gestire automaticamente questo vincolo di cablaggio.

Il controllo di simulazione SI dopo il cablaggio consentirà la distruzione sistematica (o la modifica) delle regole di progettazione, ma ciò è necessario solo per considerazioni sui costi o requisiti rigorosi di cablaggio. 9. Le misure di cui sopra possono garantire la qualità della progettazione SI del circuito stampato. Dopo che il circuito stampato è stato assemblato, è ancora necessario posizionare il circuito stampato sulla piattaforma di prova, utilizzare un oscilloscopio o TDR (riflettore di dominio temporale) per misurare e confrontare la scheda PCB effettiva con il risultato atteso della simulazione Confronta. Ci sono molti articoli sulla selezione dei modelli. Gli ingegneri che eseguono la verifica della temporizzazione statica potrebbero aver notato che, sebbene tutti i dati possano essere ottenuti dalla scheda tecnica del dispositivo, è ancora difficile costruire un modello. A differenza del modello di simulazione SI, il modello è facile da costruire, ma i dati del modello sono difficili da ottenere. In sostanza, l'unica fonte affidabile di dati del modello SI è il fornitore di IC, che deve mantenere una tacita cooperazione con il progettista. Lo standard del modello IBIS fornisce un supporto dati coerente, ma l'istituzione del modello IBIS e la sua garanzia di qualità sono costosi. I fornitori di IC devono ancora promuovere la domanda del mercato per questo investimento e il produttore di PCB può essere l'unico e il mercato.