PCB Tecnico - Strategia di routing professionale nel layout PCB

Layout è una delle competenze più basilari degli ingegneri di progettazione PCB. La qualità del cablaggio influenzerà direttamente le prestazioni dell'intero sistema. La maggior parte delle teorie di progettazione ad alta velocità sarà finalmente realizzata e verificata attraverso il layout. Pertanto, il cablaggio è molto importante nella progettazione PCB ad alta velocità. Di seguito analizzeremo la sua razionalità e forniremo alcune strategie di routing ottimizzate per alcune situazioni che possono essere incontrate nel cablaggio reale. Principalmente dal giusto angolo di instradamento, percorso differenziale, linea serpentina e altri tre aspetti.

1. Rottura ad angolo retto

Il routing ad angolo retto è generalmente richiesto per essere evitato nel cablaggio PCB ed è quasi diventato uno degli standard per misurare la qualità del cablaggio. Quanto impatto avrà il routing ad angolo retto sulla trasmissione del segnale? In linea di principio, il percorso ad angolo retto cambierà la larghezza di linea della linea di trasmissione, con conseguente discontinuità di impedenza. Infatti, non solo il percorso ad angolo retto, l'angolo dun e il percorso ad angolo acuto possono causare cambiamenti di impedenza.

L'influenza del percorso ad angolo retto sul segnale si riflette principalmente in tre aspetti: in primo luogo, l'angolo può essere equivalente al carico capacitivo sulla linea di trasmissione per rallentare il tempo di salita; In secondo luogo, l'impedenza discontinua causerà la riflessione del segnale; Il terzo è l'EMI generato dalla punta ad angolo retto.

La capacità parassitaria causata dall'angolo retto della linea di trasmissione può essere calcolata con la seguente formula empirica:

C=61W(Er)[size=1]1/2[/size]/Z0

Nella formula di cui sopra, C si riferisce alla capacità equivalente dell'angolo (unità: PF), e W si riferisce alla larghezza del cablaggio (unità: pollici), ε R si riferisce alla costante dielettrica del mezzo e Z0 è l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Ad esempio, per una linea di trasmissione 4mils 50 ohm (ε R è 4,3), la capacità elettrica portata da un angolo retto è di circa 0,0101pf, e quindi il cambiamento del tempo di aumento causato da esso può essere stimato:

T10-90%=2,2*C*Z0/2 = 2,2*0,0101*50/2 = 0,556ps

Attraverso il calcolo, si può vedere che l'effetto di capacità causato dal percorso ad angolo retto è estremamente piccolo.

Man mano che aumenta la larghezza di linea della linea di angolo retto, l'impedenza diminuirà e si verificherà un certo fenomeno di riflessione del segnale. Possiamo calcolare l'impedenza equivalente dopo che la larghezza della linea aumenta secondo la formula di calcolo dell'impedenza menzionata nel capitolo della linea di trasmissione, e quindi calcolare il coefficiente di riflessione secondo la formula empirica:

ρ= (zs-z0) / (ZS + Z0). Generalmente, il cambiamento di impedenza causato dal cablaggio ad angolo retto è compreso tra il 7% - 20%, quindi il coefficiente massimo di riflessione è di circa 0,1. Inoltre, come si può vedere dalla figura sottostante, l'impedenza della linea di trasmissione cambia al minimo entro un lungo periodo dalla linea w/2, per poi tornare alla normale impedenza dopo il tempo w/2. L'intero tempo di cambiamento di impedenza è molto breve, spesso entro 10ps. Un cambiamento così veloce e piccolo è quasi trascurabile per la trasmissione generale del segnale.

Molte persone hanno questa comprensione del percorso ad angolo retto e pensano che la punta sia facile da trasmettere o ricevere onde elettromagnetiche e generare EMI, che è anche diventato uno dei motivi per cui molte persone pensano che il percorso ad angolo retto non possa essere utilizzato. Tuttavia, i risultati di molti test pratici mostrano che la fresatura ad angolo retto non produce EMI evidente rispetto alla linea retta. Forse le prestazioni attuali dello strumento e il livello di prova limitano l'accuratezza della prova, ma almeno mostra un problema che la radiazione del percorso ad angolo retto è inferiore all'errore di misurazione dello strumento stesso.

In generale, il percorso ad angolo retto non è così terribile come previsto. Almeno nelle applicazioni sotto GHz, qualsiasi effetto come capacità, riflessione ed EMI difficilmente può essere riflesso nel test TDR. Gli ingegneri di progettazione PCB ad alta velocità dovrebbero concentrarsi sul layout, la progettazione di potenza / terra, la progettazione di cavi, vias e altri aspetti. Naturalmente, anche se l'impatto del cablaggio ad angolo retto non è molto grave, non significa che possiamo prendere il cablaggio ad angolo retto in futuro. Prestare attenzione ai dettagli è una qualità di base necessaria per ogni ingegnere eccellente. Inoltre, con il rapido sviluppo dei circuiti digitali, la frequenza del segnale elaborata dagli ingegneri PCB continuerà ad aumentare al campo di progettazione RF superiore a 10GHz, questi piccoli angoli retti possono diventare il fulcro di problemi ad alta velocità.

Routing differenziale PCB

Il segnale differenziale è sempre più ampiamente usato nella progettazione di circuiti ad alta velocità. Il segnale più critico nel circuito adotta spesso la progettazione della struttura differenziale. Cosa lo rende così popolare? Come possiamo garantire le sue buone prestazioni nella progettazione PCB? Con queste due domande discuteremo la prossima parte.

Cos'è il segnale differenziale? In generale, il driver invia due segnali equivalenti e invertiti, e il ricevitore valuta se lo stato logico è "0" o "1" confrontando la differenza tra le due tensioni. La coppia di linee di routing che trasportano segnali differenziali è chiamata routing differenziale.