PCBニュース - 高速PCB設計における信号完全性問題の原因と解決策

半導体技術の開発と深い圧力ミクロン技術, ICのスイッチング速度は、数十m Hzから数百Hzまで増加した, 数GHzにも達した. イン 高速PCB デザイン, エンジニアは、しばしば偽のトリガーのような信号完全性問題に遭遇します, 減衰振動, オーバーシュート, アンダーシュートとクロストーク. この論文では, 形成の原因, 本研究では、これらの問題を解決する方法を提案した.

1シグナル完全性定義

シグナル完全性（SI）は、信号線の上で信号の品質を意味します。不十分な信号の整合性は、単一の要因によって引き起こされませんが、ボードレベルのデザインの多くの要因の組み合わせで。信号完全性の原因

破壊は、反射、リンギング、地面バウンス、漏話などを含んでいます。信号周波数の増加とともに、信号完全性は高速PCBエンジニアの焦点になりました。

2反射

2.1反射形成と計算

伝送線路上のインピーダンス不連続は、信号が反射される原因となり、ソース及び負荷インピーダンスが一致しない場合、負荷は電圧の一部をソースに反映する。差動回線伝送は多くの問題を解決した。

差動信号とは？平易な英語では、ドライバは2つの等価および反転シグナルを送り出す。そして、レシーバは論理状態が「0」または「1」であるかどうか決定するために2つの電圧間の差を比較する。差動信号を伝送する一対のラインを差動線と呼ぶ。微分線インピーダンス計算方法すべての種類の差動信号インピーダンスは、USB D + Dのような、同じではありません、差動線インピーダンスは90オーム、1394の差線は110オーム、仕様または関連情報の最初の観察です。現在、極性Si 9000のようなインピーダンス計算ツールは、差動インピーダンス線幅、差線間隔、誘電体誘電率、誘電体厚さ（誘電体厚さの差線と基準面との間の誘電体厚さ）に影響する要因が多く、一般に差動インピーダンスを制御するために差線間隔および線幅を調整する。プレートを作るとき、あなたはまた、インピーダンスを制御するためにラインを製造するメーカーに言うべきです。差信号は、2つの物理量間の差の数値表現である。厳密に言えば、1つの電圧が他の電圧に対してのみ可能であるので、全ての電圧信号は差動である。いくつかのシステムでは、システムグランドは電圧基準点として使用される。電圧測定の基準としてグランドを使用する場合、この信号計画はシングルエンドとされる。信号が単一の導体を横切って電圧で表されるので、この用語を使用する。

差動信号の利点は、「参照」電圧を制御しているので、小さな信号を識別することは容易であるということである。地上ベースのシングルエンド信号方式では、測定された信号の値は地上ベースシステムの整合性に依存する。ソース及びレシーバがさらに離れている場合、それらのローカル電圧値が異なる可能性が大きい。差動信号から取り出された信号値は、「グランド」の値から大きく独立しているが、ある範囲内である。

差動信号の第2の利点は、外部電磁干渉（EMI）に非常に敏感であるということである。干渉源は、差動信号対の各端にほぼ等しい程度に影響する。パッドのpadslogicな電圧差がシグナル値を決定するので、両方の導体上のいかなる同一の干渉も無視される。干渉に対してより敏感でないことに加えて、差動信号はシングルエンド信号よりも少ないEMIを発生する。

差動信号の第3の利点はタイミング位置決めである。差動信号のスイッチング変化は2つの信号の交点にあるので、高しきい値電圧と低いしきい値電圧の判定に依存する通常のシングルエンド信号と異なり、プロセス誤差と温度の影響を受けず、タイミング誤差を低減でき、低振幅信号の回路に適している。LVDS（低電圧差動信号）は、一般的な小振幅差動信号技術である。

相違はクロストークを考慮しないかもしれないので、それらのクロストーク結果は受け入れによってキャンセルされる。そのうえ、違いは線のバランスをとることです、平行はバランスの一部だけです。

私は、違い組の結合が必要であると思います。シングルラインマッチングについては、理論的には非常に成熟しているが、実際のPCBラインにはまだ5 %程度の誤差がある（材料に関しては、私自身はそれをしていない）。他方、差動線は、自己ループシステムとして考えることができる、または、その2つの信号線上のシグナルは関連している。ゆるい結合は、異なるソースからの干渉を引き起こす可能性があり、いくつかのインターフェース回路に対して、アレグロトレーニング差対の等しい長さは、ライン遅延を制御する際の重要な要因である。それで、私は違い線をきつく結合しなければならないと思います。

今日の大部分の高速PCBの場合、良好な結合を維持することは有利である

しかし、私はあなたが結合を誤った違いのために必要条件と間違えないことを望みます。

高速設計や分析を行うとき、我々は、ほとんどの人がそれを行う方法を知っているだけでなく、他の人がそれを行う理由を理解する必要がありますし、理解し、他の人々の経験に基づいて改善し、常に我々の創造的な思考を行使すると、差動信号は、バックグラウンドパスとして接地面を必要としない、またはその差動線は、それぞれのための逆流パスを提供すると考えられている。この誤解の原因は表面現象によって混乱し，高速信号伝送のメカニズムは十分に深くない。差動回路は、電源および接地面に存在することができる同様のグラウンド発射体および他のノイズ信号に対して鈍感である。リターンのグランドプレーンオフセット部分は、差動回路が信号経路として参照面として返されない、実際に信号フロー解析、差動ラインおよび共通のシングルエンドのウォークラインに一貫して、高周波信号のメカニズムは、常にリフローのためのインダクタンスの回路に沿っている。グラウンドに結合された他の差分線間の差は、互いに結合しており、どちらの強結合も主逆流経路となる。PCB回路設計において、差動配線間の結合は一般的に小さく、通常、結合度の10〜20 %しか計算されず、結合の大部分はグランドになるので、差動配線の主な逆流経路は依然として接地面に存在する。ローカルプレーン不連続が生じるときに、差動配線間の結合は基準面のない領域の主な逆流経路を提供する。参照プレーンの不連続性が差動配線に及ぼす影響は、通常のシングルエンド配線のそれほど深刻ではないが、差動信号の品質を低下させ、EMIを増加させることができる。一部の設計者は、差動伝送における共通モード信号の一部を抑制するために差動伝送ラインの基準面を除去できると考えているが、理論的にはこの方法は望ましくない。インピーダンスの制御方法コモンモード信号に対して接地インピーダンスループを設けることなく、EMI放射が発生し、良好な害をもたらす。