PCB技術 - シグナル完全性研究：信号完全性とは何か？

あなたがそれを見つけるならば デザイン 以前の低速時代に蓄積された経験はもう働かないようだ, 同じ デザイン 問題なく使用される, しかし、現在それは, その後おめでとう, あなたは、ハードウェアで最も中心的な問題に遭遇しました デザイン:信号の完全性 . 一日前に会うのは良いことだ.

過去の低速時代では、レベル遷移中の信号立ち上がり時間は比較的長く、通常数nsであった。デバイス間の相互接続線は回路の機能に影響を及ぼさない。そして、シグナル完全性問題を気にかける必要はない。しかし、今日の高速時代には、IC出力のスイッチング速度の増加に伴い、多くのピコ秒レベルです。信号周期にかかわらず、ほとんど全ての設計が信号の整合性問題に遭遇した。また、低消費電力化の追求により、コア電圧が低くなり、1.2 Vコア電圧は既に非常によくなる。したがって、システムが耐えることができるノイズマージンはより小さくてより小さくなっている。

大まかに言えば, 信号完全性とは、回路における相互接続回線に起因するすべての問題を指す pcbデザイン. 相互接続線の電気特性パラメータがディジタル信号の電圧および電流波形とどのように相互作用して製品性能に影響するかを主に研究する. 主なタイミングに影響を与える, 信号鳴り, 信号反射, 近端クロストーク, ファーエンドクロストーク, スイッチングノイズ, 非単調性, グラウンドバウンス, パワーバウンス, 減衰, 容量負荷, 電磁放射線, 電磁妨害,など.

信号の健全性問題の根本は信号立ち上がり時間の短縮にある。配線トポロジーが変化しない場合でも、信号立ち上がり時間の小さいICチップを使用すると、既存の設計は限界状態になり、停止動作する。

いくつかの一般的な信号の整合性の問題について話しましょう。

信号反射に起因する波形歪みを示す。鳴るようだ。あなたが作った回路基板を取り出し、そのような波形があるかどうかを確認するために、クロック出力や高速データ線出力などの様々な信号を測定します。もしそうならば、あなたは信号完全性問題の知覚的な理解がなければなりません。はい、これは信号の完全性の問題です。

多くのハードウェアエンジニアは、直列に小さい抵抗器をクロック出力信号に接続する。その理由については、それらの多くはそれについて明確ではありません。彼らは、多くの成熟したデザインがあって、彼らに続くと言います。多分、あなたは知っているかもしれません、しかし、多くの人々が3または4年の経験で多くのハードウェアエンジニアを含むこの小さな抵抗器の機能を言うことができないというのは本当です。彼らは驚いたのですか。しかし、これは確かに真実です。私はたくさん遭遇した。実際には、この小さな抵抗器の機能は、信号の反射問題を解決することです。そして、抵抗が増加すると、リンギングは消えますが、信号の立ち上がりエッジはもはや急ではないことがわかります。この解をインピーダンス整合と呼ぶ。ああ、はい、インピーダンスマッチングに注意を払う必要があります。インピーダンスは信号完全性問題において極めて重要な位置を占める。

あなたが十分注意しているならば、あなたは特定の信号線のために時々機能する点で出力信号がないとわかります、しかし、測定するとき、信号出力があるように、小さな振幅で規則的な波形があります。この時点で、あなたはそれに隣接する信号線を測定するようなパターンがあるかどうかを確認する！はい、2つの信号線が接近しているならば、それは通常意志があります。これはクロストークです。もちろん、クロストークの影響を受けた信号線上の波形は、必ずしも隣接信号の波形と同様でなく、必ずしも明確な規則を有しておらず、ノイズの形態が多い。クロストークは、常に今日の高密度回路板の頭痛でした。小さい配線スペースのため、信号は非常に近くなければならないので、あなたはそれに直面しなければなりません。それは制御することができますが排除できません。クロストークを受ける信号線については、隣接信号からの干渉は、彼に対する雑音に等しい。

クロストークの大きさは、2つの信号線間の距離のためだけでなく、回路基板上の多くの要因に関連する。もちろん、距離を制御する最も簡単なクロストークを解決するために使用されるメソッドですが、それは唯一の方法ではありません。これは多くのエンジニアが誤解する何かです。より詳細な議論のために、私はその後の記事でそれらを紹介し続けます。

トラック崩壊：

雑音は信号ネットワークに存在するだけでなく，配電系統にも存在する。回路基板上のすべてを超伝導体とすることができなければ、電源と接地との間に流れる電流の経路に必然的にインピーダンスがあることを知っている。そして、電流が変化すると、電圧降下が必然的に生じる。したがって、実際にチップの電源ピンに送られる電圧は、電圧が急激に崩壊するように、時々大きく崩壊する。トラック崩壊は時々あなたの回路基板の機能に影響を与える可能性が致命的な問題を引き起こすことができます。高性能プロセッサの集積ゲートの数は増加している。そして、スイッチング速度がより速くてより速くなって、より短い時間でより多くのスイッチング電流が消費される。そして、許容できるノイズはより小さくてより小さくなる。しかし、同時に、それはますますノイズを制御することは困難です。電力供給システム上の高性能プロセッサの要求が厳しいため，低インピーダンス配電システムを構築することがますます難しくなっている。あなたは、それが再びインピーダンスであると気がつきました。インピーダンスを理解することは信号完全性問題を理解する鍵である。

シグナル完全性 問題は広い局面を含む, ここではいくつかの現象に簡単な紹介です, 私はこの記事は、信号の整合性の予備的な理解を与えることを期待. シグナル完全性 すべてのハードウェアエンジニアのための必要なコースになります. 一日前に連絡して.