PCBブログ - 高速PCBボード設計におけるクロストークの解析と制御

本稿では、信号を抑制し改善する方法を紹介する, だけでなく、デザイン戦略 PCBボード レイアウト技術. システム設計の複雑さと統合の大規模改善, 電子システム設計者は100 MHz以上の回路設計に従事している, そして、バスの動作周波数は50 MHz, また、100 MHzを超えるものもあった. 現在, クロック周波数が50 MHzを超える設計の約50 %, そして、デザインのほぼ20 %は、120 MHz以上の主な頻度を持ちます. システムが50 MHzで働くとき, 伝送ライン効果とシグナル完全性問題は起こります;システムクロックが120 MHzに達すると, 高速回路設計知識を使用しない限り, otherwise PCBボード伝統的な方法に基づいて設計されたsは動作しません. したがって, 高速回路設計技術は、電子システム設計者が. 高速回路設計者の設計手法を用いて設計プロセスの可制御性を達成できる.

現在, ますます洗練された半導体技術は、トランジスタサイズを小さく、より小さくする, したがって、デバイスの信号の遷移エッジが速くなっている, それは、高速デジタル回路システム設計の分野における信号完全性と電磁両立性のますます深刻な問題につながる. . 伝送線路効果を主に含む信号完全性問題, 反射のような, 時間遅延, リンギング, 信号オーバーシュートとアンダーシュート, 信号のクロストーク. 信号クロストークは複雑である, 多くの要因を含む, 複雑な計算と制御するのは難しい. したがって, 今日の電子製品設計は緊急に新しいアイデアを必要とする, プロセス, 伝統的なデザイン環境とは異なる方法と技術, 設計プロセスと設計法. EDA技術はコンピュータを道具として使うことである. デザイナーは、ハードウェア記述言語VHDLを使用して、EDAソフトウェアプラットフォームのデザインファイルを完成させます, そして、コンピュータは自動的に論理コンパイルを完了する, 単純化, 領域分割, 合成, 最適化, レイアウト, 配線とシミュレーション, 順応コンピレーション, 特定の目標チップのための論理マッピングとプログラミング. EDA技術の出現は、回路設計の効率と操作性を大幅に向上させ、設計者の労働力を減少させた. EDAツールの使用, 電子設計者は概念から電子システムを設計できる, アルゴリズム, プロトコル, etc., そして、コンピュータで大量の仕事をすることができます, そして、回路設計からの電子製品の全体のプロセス, ICレイアウトまたはPCBレイアウトへの性能解析を設計できる. が自動的に処理される. edaの概念やカテゴリーは現在広く使われている. 機械に含む, 電子工学, コミュニケーション, 航空宇宙, 化学工業, 鉱物, 生物学, 医学, 軍隊その他の分野, EDAのアプリケーションがあります. 現在, EDA技術は大手企業で広く使われている, 企業と機関, 科学研究部門. 例えば, 航空機製造工程, デザインから, 飛行シミュレーションに対する性能試験と特性解析, EDA技術が関与.

Crosstalk Solutions
Crosstalk: It is the coupling between two signal lines, 信号線間の相互インダクタンスと相互キャパシタンス. 容量結合は結合電流を誘導する, 誘導結合は結合電圧を誘導する. PCB層のパラメータ, 信号線間の距離, 駆動端と受信端の電気的特性, そして、ワイヤ終端方法は、漏話に対する確かな影響を有する. 科学技術の発展により, コンピュータの価格は低くなってきている, 性能が向上している, ローカルエリアネットワークの伝送速度が速くなっている, また、ローカルエリアネットワークの伝送媒体も、同軸ケーブルからツイストペアおよび光ファイバまでシフトした. オリジナルのCAT 1, キャラ3, Cat 5は現在のCat 5 eに開発しました, cat 6, キャラ6 A, CAT 7. ツイストペアのパフォーマンスは継続的に改善されている, 幽霊のようにツイストペアを伴うパラメータがあります, そしてツイストペアを伴う. 開発, このパラメータはますます重要になってきている. 信号間の電磁界の相互結合による望ましくないノイズ電圧信号は、信号クロストークと呼ばれる. クロストークがある値を超えるなら, 回路が故障し、システムが正常に動作しない. Solving the problem of crosstalk can be considered from the following aspects:
1) Reduce the conversion rate of the signal edge if possible. 通常, デバイスの選択, デザイン仕様を満たしながら、遅いデバイスを選択してみてください, そして、異なる種類の信号を混ぜるのを避ける, 高速に変化する信号対がゆっくりと変化する信号は潜在的クロストークハザードを有するので.
2) Adopt shielding measures: It is an effective way to solve the problem of crosstalk to provide grounding for high-speed signals. しかし, クラッドは、配線量を増加させる, 制限された配線領域をより混雑させること. 加えて, 接地線遮蔽の期待される目的を達成するために, 接地線上の接地点間の距離は非常に重要である, 一般的に、信号変化の長さの2倍未満. 同時に, 接地線はまた、信号の分布キャパシタンスを増加させる, これは伝送線路のインピーダンスを増加させ、信号エッジを減速させる.
3) Reasonable setting of layers and wiring: reasonable setting of wiring layers and wiring spacing, 並列信号の長さの低減, 信号層と平面層の間の距離の短縮, 信号線の間隔を増やす, and reducing the length of parallel signal lines (within the key length range), これらの対策は効果的にクロストークを低減することができる.
4) Setting different wiring layers: Setting different wiring layers for signals of different rates and setting the plane layer reasonably is also a good way to solve crosstalk.
5) Impedance matching: If the near-end or far-end terminal impedance of the transmission line matches the impedance of the transmission line, また、クロストークの大きさを大幅に低減することができる. クロストーク解析の目的はすぐに見つけることです, PCB実装におけるクロストーク問題の発見と解決. 一般的なシミュレーションツールと環境, シミュレーション解析とPCBレイアウト環境は互いに独立している. 配線完了後, クロストーク解析を行いクロストーク解析を行う, そして、新しい配線規則が導かれ、再配線される, 分析・改訂. シミュレーション解析から、実際のクロストーク結果は同じではないことが分かる, 隙間はとても大きい. したがって, 良いツールはクロストークを解析できるだけではない, しかし、また、ルーティングのためにクロストーク規則を適用することができます. 加えて, 一般的なルーティングツールは, そして、クロストークを制御するためのルーティングは、ライン幅およびライン間隔をセットすることのような物理的ルールによって、制約されることができるだけである, と平行線の長さ. 信号完全性解析と設計ツールセットICXの使用による真の電気ルール駆動ルーティングのサポート. シミュレーション解析とルーティングは1つの環境で完了する. 電気ルールと物理ルールは、シミュレーション中に設定することができます, そして、ルーティングの間、自動計算が実行される. オーバーシュートやクロストークのような信号完全性因子は計算結果に従って自動的に修正される. この配線は高速であり、実際に実際の電気性能要件を満たしている.

Signal Integrity Design for Crosstalk Control
ハイスピード PCBボード 通常、デザインルールは2つのタイプに分かれます：物理規則と電気規則. いわゆる物理規則は、物理的な寸法に基づいて設計技師によって指定された特定の設計規則を参照する, 線幅は4 milです, 線間の間隔は4ミリです, 平行トレースの長さは4 milです. 電気規則は、電気特性または電気性能に関連する設計規則を参照する, 配線遅延は1 nsと2 nsの間で制御される, ある種のクロストークの総量 PCBボード 線は70 mv未満, など. 一旦物理的で電気規則が明確に定められるならば, 高速ルータをさらに探索することができる. 現在, the high-speed routers based on physical rules (physical rule-driven) on the market include AutoActive RE router, CCTルータ, ルータとルータエディタルータ. 事実上, これらのルータはすべて、物理ルールによって駆動される自動ルータです. それで, これらのルータは、設計エンジニアによって指定された物理的なサイズ要件を自動的に満たすことができます, 高速電気規則で直接駆動できない. 電気的ルールによって直接駆動される高速ルータは、高速設計における信号完全性を確保するために非常に重要である. 設計エンジニアは常に電気規則を持っており、設計仕様も電気規則である. 言い換えれば, 私たちのデザインは、電気規則を満たさなければならず. 最終的な物理設計の実装が設計の電気的要件を満たすことが必須である. 物理的なルールは、コンポーネントメーカーまたは設計エンジニア自身による電気規則の変換です. 我々は常にこの変換は、1対1であることを期待. 実際、これはそうではない. Taking the use of LVDS chips to complete high-speed (up to 777.76Mbps) and long-distance (up to 100M) data transmission as an example, LVDS技術の信号スイングは350 MVであるので, 通常の設計仕様は、信号線上の全ラインがクロストーク値であることを信号振幅の20 %以下でなければならないことを常に要求する, それで, the total amount of crosstalk is 350mV*20%=70mV, これは電気規則です, そして、20 %のパーセンテージは、LVDSノイズ耐性に依存します, リファレンスマニュアルから入手できます . シンセサイザー用, 設計エンジニアがLVDS信号線のクロストーク値を指定する限り, 電気的性能要件が満たされることを保証するために、配線は自動的に調整され、洗練され得る, そして、全ての周囲の信号線は、配線プロセスの間、自動的に考慮されるでしょう. LVDS信号の影響. 物理的ルールによって駆動されるルータ, いくつかの仮説解析と考慮が必要です. 設計技術者は常に信号間のクロストークは並列信号間の平行線の長さに依存すると考える, したがって、高速回路で使用することができます. デザインのフロントエンド環境における仮説解析. 例えば, 並列配線の長さは2であると仮定できます.5ミル, そして、それらの間のクロストークを分析する. この値は, しかし、あなたはさらに得られる結論に従って、並列配線を調整することができます. 平行線の長さが7 milのような確かな値であるとき、シグナル間の漏話値が基本的に70 mvであるならば, then the design engineer thinks that as long as the length of the parallel line of the differential line is controlled within the range of 7mil Such electrical characteristics requirements can be met within the range (signal crosstalk value is controlled within 70mV), それで、設計技師は高速のためにそのような物理的規則を得ます PCBボード 実際の物理設計 PCBボード レイアウトと配線. 従来の高速ルータは、すべてのこの物理的なサイズ要件は保証されることができます. ここでは2つの問題があります, 正規の変換は等価ではない. ファースト, 信号間のクロストークは、並列信号間のトレースの長さによって決定されない, 信号の流れ方向にも依存する, 平行線分の位置, また、マッチングの有無など様々な要因がある, 実際の物理的な実装の前に、予測するか、あるいは完全に説明するのが難しい. したがって, 変換後, これらの物理的規則が満たされると同時に、元の電気規則を満たすことができない. これは、上記の高速ルータが規則を満たすとき、上記の高速ルータがまだ正常に動作することができない非常に重要な理由でもある. 第二に, これらの規則を変換するときに同時に複数の影響を考慮することは不可能です. 例えば, 信号漏話を考慮する場合, すべての周辺関連信号線の影響を同時に考慮することは困難である. これらの2つの状況は、物理的ルールに基づく高速ルータが高速かつ高複雑さの設計において大きな問題を有することを決定する PCBボード システム, そして高速 PCBボード 電気規則に基づくルータはよりよい. この問題を解決. High-speed PCBボード-レベルとシステムレベルの設計は複雑なプロセスです. 信号クロストークを含む信号完全性問題は設計概念の変化をもたらす, デザインアイデア, 設計プロセスと設計法. 問題がすぐに特定されることを確実にすること, 解決, 高速システム設計の課題を未然に防ぐために新しい設計に導かれた PCBボード 今日のデザイン.