PCB技術 - プリント配線板の信号完全性に関する研究

あなたがそれを見つけるならば PCB設計 前の低速時代に蓄積された経験は、現在不可能です, 同じ PCB設計, 問題はなかった, しかし、通常は動作しません, その後おめでとう, あなたは、最も中心に遭遇しました PCBハードウェア 設計問題：信号完全性.

あなたが1日前に会うことは良いことです。過去の低速時には、レベルがジャンプすると信号立ち上がり時間は通常数ns増加する。デバイス間の相互接続は、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、今日の高速時代では、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は、信号周期に関係なく、ほとんどすべてのデザインは、信号の整合性の問題に遭遇している。また、低消費電力化を追求することにより、コア電圧が低くなり、1.2 Vコア電圧が非常によくなっている。

したがって、システムのノイズ耐性はより小さくてより小さくなることができます。概して言えば、信号の完全性は回路設計における相互接続に起因するすべての問題を指す。相互接続の電気的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するか，そしてそれがどのように製品の性能に影響するかを主に研究した。

それは、主に時間シーケンス、信号リンギング、信号反射、近端クロストーク、遠端クロストーク、スイッチングノイズ、非単調性、接地バウンス、パワーバウンス、減衰、容量性負荷、電磁放射、電磁干渉、等の影響を受けている。そして、より多く。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。

配線トポロジが変化していない場合でも、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ってしまう。

いくつかの一般的な信号の整合性の問題です。信号反射による波形歪みそれは鳴っているように見えます、あなたが作った回路基板を取り出して、この出力が存在するかどうか見るために、時計出力または高速データ線出力のようないろいろな信号を測ります。

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。多くのハードウェアエンジニアは小さな出力抵抗器をクロック出力信号に接続します、そして、なぜ、多くの人々は話すことができません、彼らは多くの成熟したデザインがそれを持つと言います。多分、あなたは知っているかもしれません、しかし、多くの人々は3 - 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ません。これは驚きですか。しかし、それは本当です、私はたくさん遭遇しました。実際、この小さな抵抗の関数は、信号反射の問題を解決することである。抵抗が増加すると、リンギングは消えますが、あなたは上昇信号はもはや急ではないことがわかります。この解はインピーダンス整合と呼ばれ、右側ではインピーダンス整合に注意しなければならない。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。クロストーク：十分注意してください、信号線のために時々、信号を出力する機能がありませんが、測定では、信号出力があるかのように、通常の波形の小さな部分があります。この時点で、同様のパターンがあるかどうかを確認するために隣接する信号線を測定することができます！はい、2つの信号線が非常に近いならば、それは通常意志します。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、隣接する信号の波形と必ずしも同様ではなく、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りません。

クロストーク信号線の場合、隣接する信号からの干渉は、彼に対する雑音に等しい。クロストークの量は、2つの信号線間の距離だけでなく、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最も一般的な方法ですが、それは唯一の方法ではありません。これは、多くのPCB技術者が誤解する何かです。

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に変えることができなければ、電源とグランドとの間の経路を流れる電流は必然的にインピーダンスを有す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発生するので、実際にチップのパワー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。トラッククラッシュは致命的な問題を引き起こすことがあり、回路基板の機能に影響を与える可能性があります。高性能プロセッサで集積化されたゲートの数は増加しており、スイッチング速度は速くなり、より短い時間でスイッチング電流が消費され、許容ノイズが小さくなり、小さくなる。しかし，電力系統における高性能プロセッサの厳しい要求と低インピーダンスの配電系統の構築の困難さから，騒音制御はますます困難になってきた。

あなたは再びインピーダンスであることに気づいたかもしれない, そしてインピーダンスを理解することが理解の鍵である PCB信号の完全性 課題. l