PCB Tecnico - Circa lo sviluppo della tecnologia di progettazione PCB ad alta velocità

(1) Sfide affrontate dalla progettazione di sistemi elettronici

Con l'aumento su larga scala della complessità e dell'integrazione della progettazione del sistema, i progettisti di sistemi elettronici sono impegnati nella progettazione del circuito superiore a 100MHZ e la frequenza operativa del bus ha raggiunto o superato 50MHZ e alcuni addirittura hanno superato 100MHZ. Attualmente, circa il 50% dei progetti ha una frequenza di clock superiore a 50MHz e quasi il 20% dei progetti ha una frequenza di clock superiore a 120MHz.

Quando il sistema funziona a 50MHz, ci saranno effetti della linea di trasmissione e problemi di integrità del segnale; quando l'orologio di sistema raggiunge i 120MHz, a meno che non vengano utilizzate conoscenze di progettazione del circuito ad alta velocità, i PCB progettati sulla base di metodi tradizionali non funzioneranno. Pertanto, la tecnologia di progettazione PCB ad alta velocità è diventata un metodo di progettazione che i progettisti di sistemi elettronici devono adottare. La controllabilità del processo di progettazione può essere raggiunta solo utilizzando le tecniche di progettazione dei progettisti di circuiti ad alta velocità.

(2) Che cosa è un circuito ad alta velocità

Si ritiene generalmente che se la frequenza di un circuito logico digitale raggiunge o supera 45MHZ ~ 50MHZ e il circuito che lavora sopra questa frequenza ha occupato una certa quota dell'intero sistema elettronico (ad esempio, 1/3), è chiamato circuito ad alta velocità.

Infatti, la frequenza armonica del bordo del segnale è superiore alla frequenza del segnale stesso. Sono i bordi in salita e in caduta del segnale (o salti di segnale) che causano risultati inaspettati nella trasmissione del segnale. Pertanto, è generalmente convenuto che se il ritardo di propagazione della linea è superiore a 1/2 del tempo di salita dell'estremità di azionamento del segnale digitale, tali segnali sono considerati segnali ad alta velocità e producono effetti sulla linea di trasmissione.

La trasmissione del segnale avviene nell'istante in cui cambia lo stato del segnale, come il tempo di salita o caduta. Il segnale passa un periodo di tempo fisso dall'estremità di guida all'estremità di ricezione. Se il tempo di trasmissione è inferiore a 1/2 del tempo di salita o caduta, il segnale riflesso dall'estremità ricevente raggiungerà l'estremità di guida prima che il segnale cambi stato. Al contrario, il segnale riflesso raggiungerà l'estremità dell'unità dopo che il segnale cambia stato. Se il segnale riflesso è forte, la forma d'onda sovrapposta può cambiare lo stato logico.

(3) Determinazione dei segnali ad alta velocità

Qui sopra abbiamo definito i presupposti per l'insorgere degli effetti della linea di trasmissione, ma come facciamo a sapere se il ritardo della linea è superiore a 1/2 del tempo di aumento del segnale dell'estremità dell'azionamento? Generalmente, il valore tipico del tempo di aumento del segnale può essere dato nel manuale del dispositivo e il tempo di propagazione del segnale è determinato dalla lunghezza effettiva del cablaggio nella progettazione PCB. Corrispondenza tra tempo di aumento del segnale e lunghezza di cablaggio ammissibile (ritardo).

Il ritardo per pollice unitario sul PCB è di 0,167ns. Tuttavia, se ci sono molti vias, molti pin del dispositivo e molti vincoli impostati sul cavo di rete, il ritardo aumenterà. Generalmente, il tempo di aumento del segnale dei dispositivi logici ad alta velocità è di circa 0,2ns. Se ci sono chip GaAs sulla scheda, la lunghezza massima del cablaggio è 7,62mm.

Che Tr sia il tempo di aumento del segnale e Tpd sia il ritardo di propagazione della linea del segnale. Se Tr⥠4Tpd, il segnale cade in una zona sicura. Se 2Tpdâ Ÿ¥ Trâ Ÿ¥ 4Tpd, il segnale cade nella regione di incertezza. Se Tr⤠2Tpd, il segnale cade nell'area problematica. Per i segnali che cadono in aree incerte e aree problematiche, dovrebbero essere utilizzati metodi di cablaggio PCB ad alta velocità.