PCB Tecnico - Come la progettazione PCB gestisce i segnali LVDS?

Il segnale LVDS non è solo un segnale differenziale, ma anche un segnale digitale ad alta velocità. Pertanto, indipendentemente dal fatto che il mezzo di trasmissione LVDS utilizzi una linea PCB o un cavo, occorre adottare misure per impedire che il segnale si rifletta sul terminale multimediale e ridurre le interferenze elettromagnetiche per garantire l'integrità del segnale. Finché consideriamo gli elementi di cui sopra nella progettazione del layout PCB, non è molto difficile progettare circuiti differenziali ad alta velocità.

Quanto segue presenta brevemente i punti di progettazione del PCB per trattare i segnali LVDS:

1. Lay come una scheda multistrato. I circuiti stampati con segnali LVDS sono generalmente disposti come una scheda multistrato. Poiché il segnale LVDS è un segnale ad alta velocità, lo strato adiacente dovrebbe essere uno strato di terra per proteggere il segnale LVDS per evitare interferenze. Per schede a bassa densità, è meglio mettere segnali LVDS su strati separati da altri segnali quando le condizioni fisiche lo consentono. Ad esempio, in una scheda a quattro strati, gli strati di solito possono essere disposti come segue: strato di segnale LVDS, strato di terra, strato di potenza e altri livelli di segnale.

2. calcolo e controllo dell'impedenza del segnale LVDS. L'oscillazione di tensione del segnale LVDS è solo 350mV, che è adatto per il funzionamento del segnale differenziale guidato dalla corrente. Per garantire che il segnale non sia influenzato dal segnale riflesso quando si propaga nella linea di trasmissione, il segnale LVDS richiede che l'impedenza della linea di trasmissione sia controllata e l'impedenza differenziale è solitamente di 100 +/- 10Ω. La qualità del controllo dell'impedenza influisce direttamente sull'integrità e sul ritardo del segnale.

Analisi di simulazione del segnale LVDS seriale

Quanto sopra analizza le questioni a cui bisogna prestare attenzione quando si progettano segnali LVDS. Sebbene le regole di cui sopra siano generalmente seguite durante la progettazione del PCB, al fine di migliorare la correttezza e l'accuratezza della progettazione, deve essere eseguita la simulazione completa del segnale del PCB e il segnale può essere ottenuto attraverso la simulazione. Il crosstalk, il ritardo, la riflessione e le forme d'onda del modello degli occhi del sistema possono raggiungere l'obiettivo che il design è corretto. Il processo di simulazione del problema di integrità del segnale è prima di stabilire il modello di simulazione dei componenti, quindi eseguire la pre-simulazione per determinare i parametri e i vincoli del processo di cablaggio, progettare secondo i vincoli nella fase di realizzazione fisica e infine eseguire post-simulazione per verificare se il progetto soddisfa i requisiti di progettazione. L'accuratezza del modello nell'intero processo influisce direttamente sui risultati della simulazione, e i metodi di analisi della simulazione utilizzati nelle fasi pre-simulazione e post-simulazione sono anch'essi critici per i risultati della simulazione, e in questo progetto viene utilizzato un modello speziato altamente accurato. Di seguito è riportata una combinazione di progetti reali per illustrare il processo di implementazione della simulazione in questo progetto.

1. Configurazione dello stack PCB

Dall'analisi di cui sopra, è noto che l'impostazione di impilamento della scheda PCB è strettamente correlata all'accoppiamento del segnale e al calcolo dell'impedenza. Pertanto, la progettazione di impilamento deve essere eseguita prima della progettazione PCB e quindi il calcolo dell'impedenza del segnale. Il design laminato in questo disegno è mostrato nella figura seguente:

A causa dell'alta densità PCB, questo design utilizza una struttura in laminato a 10 strati. Dopo una disposizione ragionevole dello spessore del laminato, attraverso calcoli allegro, la larghezza differenziale della linea di microstriscia superficiale e della linea di striscia interna è 6㏕ spaziatura linea A 6㏕, i valori teorici calcolati di impedenza sono 100,1 e 98,8Ω rispettivamente.

2. Impostare il valore di tensione DC

Questo passaggio è principalmente quello di specificare il valore di tensione CC per determinate reti specifiche (di solito alimentazione a terra, ecc.), per determinare la tensione CC da applicare alla rete e per eseguire la simulazione EMI, uno o più pin sorgente di tensione devono essere determinati. Questi valori di tensione includono Le informazioni sulla tensione di riferimento utilizzate dal modello nel processo di simulazione sono descritte.

3. Impostazioni del dispositivo

Durante la simulazione allegro, allegro divide i dispositivi in tre categorie: IC, connettori e dispositivi discreti (condensatori di resistenza, ecc.), allegro assegnerà attributi di simulazione ai pin del dispositivo in base al tipo di dispositivo, dispositivi discreti e pin connettore L'attributo è UPSPEC, e l'attributo pin di IC può essere IN, OUT, BI, ecc.

4. Assegnazione dei modelli

I principali modelli utilizzati nel processo di simulazione PCB ad alta velocità a livello di scheda sono modelli di dispositivi e modelli di linee di trasmissione. Il modello del dispositivo è generalmente fornito dal produttore del dispositivo. Nel segnale seriale ad alta velocità, utilizziamo un modello SPICE ad alta precisione per l'analisi della simulazione. Il modello della linea di trasmissione è formato attraverso la modellazione software di simulazione. Quando il segnale viene trasmesso, la linea di trasmissione renderà il problema di integrità del segnale prominente, quindi la capacità del software di simulazione di modellare accuratamente la linea di trasmissione influisce direttamente sul risultato della simulazione.

Modello di linea differenziale a coppia b: stripline c: linea microtrip e la linea di trasmissione in cui si trovano il percorso del segnale e il percorso di ritorno non possono essere un conduttore ideale, quindi hanno tutti resistenza finita e la dimensione della resistenza è determinata dalla lunghezza e dall'area della sezione trasversale della linea di trasmissione.

5. Ispezione SI

La funzione SI Audit viene utilizzata per verificare se una particolare rete o un gruppo di reti può essere estratta per l'analisi. Generalmente, è per impostare la rete ad alta velocità che dobbiamo prestare attenzione a. Questo disegno si concentra principalmente sui segnali seriali LVDS.

6. Estrarre la topologia della rete

Estrarre la struttura topologica del segnale di interesse dal PCB, che generalmente include l'estremità motrice e l'estremità ricevente, così come la linea di trasmissione e la relativa resistenza e capacità di corrispondenza. Si può vedere dalla topologia che la rete passa attraverso quei percorsi, che influenzeranno la trasmissione del segnale.

7. Visualizza la forma d'onda

Dopo aver impostato i passaggi correlati sopra, la simulazione può essere eseguita. Allegro può eseguire la simulazione di riflessione del segnale e la simulazione di crosstalk, e la linea differenziale deve anche eseguire l'analisi del diagramma oculare. Naturalmente, la simulazione è anche divisa in pre-simulazione e post-simulazione. Quando si utilizza allegro per la progettazione PCB, è necessario modificare la progettazione in tempo reale con i risultati della simulazione per soddisfare i requisiti.

Ci sono due punti a cui prestare attenzione nel cablaggio della coppia differenziale. Uno è che la lunghezza delle due linee dovrebbe essere il più lunga possibile. La lunghezza uguale è quella di garantire che i due segnali differenziali mantengano sempre polarità opposte e riducano la componente di modalità comune. L'altro è che la distanza tra i due fili (questa distanza è determinata dall'impedenza differenziale) deve essere mantenuta costante, cioè deve essere mantenuta parallela. Ci sono due modi paralleli, uno è che i due fili corrono sullo stesso lato-by-side, e l'altro è che i due fili corrono su due strati adiacenti sopra e sotto (sopra-sotto). Generalmente, il primo ha più implementazioni affiancate. L'equidistanza è principalmente per garantire la stessa impedenza differenziale tra i due e ridurre la riflessione.

Dall'analisi di questo articolo, possiamo vedere che nella progettazione di segnali seriali ad alta velocità, non viene considerato solo il design del circuito, ma anche la progettazione del diagramma della scheda e l'analisi della simulazione sono altrettanto importanti e man mano che la frequenza del segnale diventa sempre più grande, il ritardo e la conversazione incrociata del segnale sono influenzati. Fattori come l'integrità del segnale e l'integrità del segnale stanno diventando sempre più complessi. Allo stesso tempo, diventa sempre più difficile controllare l'influenza di questi fattori. Gli ingegneri devono analizzare accuratamente la progettazione del cablaggio, affidarsi a modelli accurati, simulazioni efficaci e metodi di analisi scientifica per dare una guida corretta a progetti complessi ad alta velocità, ridurre i cicli di correzione e garantire che la scheda PCB abbia successo.