정밀 PCB 제조, 고주파 PCB, 고속 PCB, 표준 PCB, 다중 계층 PCB 및 PCB 조립.
현재 국내외에서 관련된 신호 완전성 (SI) 공학과 연구는 아직 성숙한 학과가 아니며, 그 분석 방법과 실천은 아직 잘 완비되지 않았으며, 아직 끊임없이 탐색하는 단계에 있다.신호 무결성 컴퓨터 분석을 기반으로 한 PCB 설계 방법 중 가장 핵심적인 부분은 기존 설계 방법과의 주요 차이점인 PCB 보드 레벨 신호 무결성 모델을 구축하는 것입니다.SI 모델의 정확성은 설계의 정확성을 결정하며 SI 모델의 구축 가능성에 따라 설계 방법의 타당성이 결정됩니다.
고속 디지털 회로 설계에서의 문제는 주로 다음과 같은 몇 가지 유형에 나타난다: (1) 작업 주파수의 증가와 신호의 상승/하강 시간의 단축은 설계 시스템의 시간 여유를 떨어뜨리고 심지어 시간 문제를 초래한다;(2) 전송선 효과로 인해 발생하는 신호 진동, 과충과 하충은 모두 설계 시스템의 내결함성, 소음 용량과 단조성에 큰 위협이 될 수 있다;(3) 신호의 가장자리 시간이 1ns로 떨어진 후에 신호 간의 교란이 매우 심각해졌다.중요한 문제(4) 신호 가장자리의 시간이 0.5ns에 가까울 때 전력 시스템의 안정성 문제와 전자기 간섭 문제도 매우 두드러진다.
고속 시스템에서 시스템의 신호 상호 연결을 잘 처리하고 신호의 완전성 문제를 해결할 수 있는지가 시스템 설계 성공의 관건이다.동시에 신호 무결성은 전원 무결성, 전자기 호환성 및 전자기 간섭(EMC/EMI) 문제를 해결하는 기초이자 전제입니다.
고주파 효과와 송전선로 이론
고주파 효과
고주파피부효과의 경우 전자파는 량호한 도체에 들어갈 때 급격히 감쇠된다.양도체 중 거리가 한 파장보다 작은 곳에서도 전자파는 현저하게 감쇠되기 때문에 고주파 전자장은 양도체의 한 표면에만 존재할 수 있다.얇은 층에서 이런 현상을 피부효과라고 한다.전자파장의 강도가 표면의 1 / e로 감소하는 깊이는 피부로 가는 깊이다
공식 (1) 해석: 전도도가 클수록 전도도가 좋고, 작업 빈도가 높을수록, 피부 깊이가 작아지며, 이로 인해 고주파에서의 저항이 저주파나 직류에서의 저항보다 훨씬 크다.근접 효과가 몇 개의 캐리어 도체 간의 상호 전자기 간섭일 때, 각 캐리어 도체의 횡단면의 전류 분포는 격리된 캐리어 도체와 다르다.서로 인접한 두 개의 도체가 반대 방향에서 전류를 가지고 있을 때, 전류 밀도는 서로 가까운 양쪽의 가장 가까운 점에서 가장 크다;두 캐리어 도체의 전류 방향이 같을 때 두 바깥쪽의 전류 밀도가 가장 작다.일반적으로 근접 효과는 동등한 저항을 증가시키고 감각을 감소시킵니다.
송전선로 이론
광의의 전송선은 전자파가 특정 방향으로 전송되도록 유도하는 도체, 매체 또는 그것들로 구성된 유도 시스템이다.일반적으로 논의되는 전송선은 마이크로파 전송선을 가리키는데 그 이론은 장선 이론이다.전송선의 기하학적 크기가 전자파의 파장과 비슷한 경우 전송선의 분포 매개변수 (또는 기생 매개변수) 를 고려해야 합니다.고속 디지털 또는 무선 주파수 회로 설계와 고속 회로 시뮬레이션 설계에서 많은 전자기 현상은 반드시 전송선 이론으로 해석해야 한다.전송선 이론은 고속 디지털 (또는 무선 주파수) 회로를 연구하는 기초이다.
기본 전송선 이론은 전송 신호 속도나 주파수가 일정한 수준에 도달할 때 전송 신호 채널의 분포 파라미터를 고려해야 한다.병렬 이중 선을 예로 들면, 그 위의 피부 감소 효과는 단위 길이의 무선 주파수 임피던스를 증가시킨다.그것이 무선 주파수 범위에 도달했을 때, 평행 쌍선 주위의 자기장은 매우 강하기 때문에, 반드시 그 기생 전감을 고려해야 하며, 평행 쌍선 사이의 전장은 하나의 콘덴서에 해당해야 한다.또한 주파수가 높을 때는 도선 사이의 누출 현상을 고려해야 한다.따라서 단위 길이 전송선의 등가 회로는 그림 1과 같이 R, L, G, C4 요소로 구성될 수 있습니다.
그림 1 단위 길이 송전선로 등가 회로
키르호프의 법칙에 따르면 전송선 방정식은
따라서 전송선 방정식의 일반적인 해는 쓸 수 있다
식중: V+, V-, I+, I-는 각각 전압파와 전류파의 진폭 상수이며, +와 각각 입사파(+Z)와 반사파(-Z)의 전송 방향을 나타낸다.전파 상수 C는
식중: A는 감쇠 상수입니다.B는 위상 상수이다.전송선의 어느 한 점의 전압과 전류는 각각 입사파와 반사파의 중첩이다.Z축의 임의 점의 전압과 전류는
상술한 공식은 전송선에서 전송되는 전압파와 전류파가 시간과 전송거리의 함수임을 보여준다.
종합 송전선로 이론
통합 전송 케이블에는 마이크로 밴드, 밴드, 결합 및 다양한 공면 전도가 포함됩니다.마이크로밴드선은 현재 혼합 마이크로웨이브 집적회로와 단일 마이크로웨이브 집적회로에서 가장 광범위하게 응용되는 평면 전송선이다.포토레지스트 프로덕션에 사용될 수 있으며 다른 소스 없는 마이크로웨이브 회로 및 소스 마이크로웨이브 부품과 쉽게 통합하여 마이크로웨이브 구성 요소 및 시스템을 통합할 수 있습니다.미대선의 신호선은 외층에 있고 접지층은 신호선의 다른 쪽에 있어 테스트하기 쉽다.
삼판선이라고도 하는 리본 라인은 두 개의 직사각형 단면의 도체 밴드로 구성되어 있으며 바닥 사이에 균일한 매체나 공기가 채워져 있습니다.밴드선의 신호선은 두 파워 레이어 사이에 끼워져 있습니다.이론적으로, 양쪽의 전력층에 의해 차단되기 때문에 신호를 가장 잘 전송할 수 있습니다.그러나 신호선을 내부에 숨겨 테스트에 적합하지 않습니다.
신호 완전성 이론
신호 무결성(SI)은 주로 신호가 도선을 따라 전송된 후의 질량과 시퀀스 문제를 연구한다.일반적으로 해결해야 할 신호 무결성 문제는 (1) 반사, 임피던스 미스매치로 인한 경우입니다.(2) 직렬 교란은 인접 신호의 결합으로 발생한다;(3) 과충과 하충;(4) 진동벨, 성능은 신호의 반복 진동에 대해 적절한 종료를 통해 억제할 수 있다;(5) 지평면 반발 소음과 스위치 소음, 고속 설비에 대해 대량의 데이터 버스 신호가 빠르게 뒤집히고 지회로를 통과하는 전류 변화로 인해 비이상적인 지평면을 초래한다;(6) 배전.고속 회로의 경우 전원/접지 평면의 임피던스를 제어하는 것이 시스템 설계의 핵심입니다.(7) 시간 문제.고속 설계에 있어서 신호 전파 지연, 시계 오프셋과 떨림은 시스템이 데이터를 정확하게 판단할 수 없게 하기에 충분하다;(8) EMI 문제에는 전자기 복사와 내성이 포함된다.PCB 설계의 EMI 문제를 해결하는 것은 시스템 EMI 제어에서 가장 중요한 부분으로 비용이 가장 적게 든다.
모델링 및 모델링 방법
SPICE 모델링 및 모델링 방법
SPICE 시뮬레이션 모델 SPICE(집적회로에 중점을 둔 시뮬레이션 프로그램)는 일반적인 조건에서 다양한 회로 특성을 분석하고 시뮬레이션할 수 있는 범용 회로 분석 프로그램이다.
SPICE 프로그램은 실험판 및 오실로스코프와 같은 전체 전자 실험실의 기능을 대체 할 수 있습니다.SPICE 프로그램은 (1) 저항기, 콘덴서, 센서, 전송선 등과 같은 소스 없는 부품 모델을 포함한 방대한 부품 라이브러리를 가지고 있습니다.(2) 반도체 부품 모델, 예를 들어 다이오드, 트랜지스터, 결형장 효과 트랜지스터와 MOS장.효과관 등.;(3) 독립된 전압원, 전류원, 제어된 전압원과 전류원 등 선형 및 비선형 제어 전원을 포함한 각종 전원;(4) A/D, D/A 변환 인터페이스 회로 및 디지털 회로 부품 라이브러리.
SPICE 모델 모델링 방법은 일반적으로 두 가지 부품을 사용하는데, 하나는 분리 부품이고 다른 하나는 칩이다.부품의 유형에 따라 두 가지 회로 모델링 방법을 채택하였다.
1) 기본 장치 모델.예를 들어 저항기, 콘덴서, 센서, 일반 삼극관 등이다. 이것들은 회로를 구성하는 가장 기본적인 단원이다.일반적으로 모델링을 위해 물리적 방법을 사용합니다. 즉, 부품의 물리적 특성을 설명하는 방정식을 시작으로 부품의 모델을 만듭니다.작동 빈도에 따라 동일한 장치의 모델이 다릅니다.
2) 칩 서브 회로 부품 모델.칩은 일반적으로 일부 기본 구성 요소로 구성되며, 각 기본 단위 구성 요소와 그 연결 관계는 네트워크 테이블 형식으로 하위 회로를 만들며, 기타 회로는 이러한 하위 회로를 호출하여 칩의 하위 회로 모델을 형성할 수 있다.일반적으로 블랙박스(Blackbox) 방법을 사용하여 모델링하는데, 기기를 블랙박스로 간주하고 포트의 작업 특성에 주목하며 이를 사용하여 모델을 형성한다.
IBIS 시뮬레이션 모델 및 모델 구조
IBIS 시뮬레이션 모델 IBIS(입력/출력 버퍼 정보) 입력/출력 버퍼 정보 사양은 어셈블리의 표준 모델 정보입니다.IBIS 모델은 V/I 커브를 기반으로 I/O 버퍼를 빠르고 정확하게 모델링하는 방법입니다.그것은 칩의 구동과 수신 전기의 특성을 반영하는 국제 표준이다.드라이브와 같은 표준 파일 형식을 제공합니다.출력 임피던스, 상승 / 하강 시간 및 출력 부하와 같은 매개변수는 진동 및 인터럽트와 같은 고주파 효과를 계산하고 시뮬레이션하는 데 적합합니다.
IBIS 모델 구조 IBIS 모델은 I/O 버퍼 정보 특성을 설명하는 모델입니다.출력 및 입력 포트의 동작 설명은 일련의 간단한 기능 모듈로 분해될 수 있으며 이러한 간단한 기능 모델에서 완전한 IBIS 모델을 만들 수 있습니다.,즉, 패키징에 따른 기생 매개변수 (입력, 출력 또는 에너지 단자 사용), 실리콘 자체의 기생 용량, 전원 또는 접지 내장 보호 회로, 임계값 및 에너지 사용 논리, 위로 당기기 및 드롭다운 회로 등을 포함한 버퍼 유닛의 기본 컴포넌트입니다.
PCB 에뮬레이션 인스턴스 및 결과 분석
PCB 보드 시뮬레이션 관련 매개변수 설정
인쇄회로기판 시뮬레이션에는 회선 시뮬레이션과 보드 레벨 시뮬레이션의 두 가지 유형이 있습니다.회선 시뮬레이션은 설계자가 설계 과정에서 신호 무결성과 시퀀스의 요구에 따라 배선 전에 구성 요소 레이아웃을 조정하고 시스템 시계 네트워크를 계획하며 핵심 회선 네트워크의 종료 정책을 결정하고 배선 과정에서 설계를 추적하며 언제든지 배선 효과를 피드백할 수 있도록 도와준다.보드 레벨 시뮬레이션은 일반적으로 PCB 설계가 거의 완료된 후에 수행됩니다.SI에 미치는 영향과 전기, EMC, 열 성능 및 기계 성능 등의 영향을 종합적으로 고려하여 실제 시스템 수준의 분석과 검증을 수행할 수 있습니다.시뮬레이션을 수행할 때는 먼저 부품의 시뮬레이션 모델을 로드한 다음 사전 시뮬레이션을 수행하여 경로설정 프로세스에 필요한 매개변수 설정과 제약조건을 결정합니다.그런 다음 실제 경로설정 과정에서 언제든지 경로 시뮬레이션을 통해 경로설정 효과를 확인하고, 마지막으로 경로설정이 거의 완료된 후 시스템 성능을 확인하기 위해 보드 레벨 시뮬레이션을 수행합니다 [6].이 문서의 예는 SFP(소형 플러그 가능 광 트랜시버) 소형 플러그 가능 광 트랜시버의 반사 시뮬레이션 분석입니다.
시뮬레이션 인스턴스 및 결과 분석
시뮬레이션 모델은 SFP 광 트랜시버 모듈의 원리 설계가 완료된 후 만들어졌으며 PCB 보드 설계를 시작해야합니다.SFP 광 트랜시버 모듈의 작동 주파수가 1.25Gbit/s로 설정되어 데이터 속도가 매우 높고 차동 경로의 길이가 매우 길기 때문에 마이크로밴드 전송선의 임피던스 정합을 사용하여 소스와 끝의 반사를 줄여 신호의 품질을 확보해야 합니다.원리도에서 MAX3748의 칩 데이터에 따르면 차등선의 단일 출력 임피던스는 50섬이고 SFP-MSA 프로토콜에 따르면 마더보드의 RD +/- 포트의 차등성 임피던스는 100섬이다.차분선 이론에 따르면 결합이 없는 상황에서 두 평행 마이크로밴드 전송선의 차분 저항은 단일 저항의 두 배와 같다.따라서 특성 임피던스가 50섬인 전송선을 사용하여 일치해야 합니다.그림 2와 같이 MAX3748과 커넥터 J1 간의 상호 연결 네트워크 토폴로지를 추출합니다.J1은 커넥터이므로 호출할 수 있는 해당 IBIS 모델 데이터가 없습니다.따라서 시뮬레이션을 가능하게 하기 위해 시스템과 함께 제공된 차동 수신기 DIN1을 J1에 로드합니다.적절한 작업 빈도를 설정합니다.
그림 2 MAX3748 및 J1 상호 연결 토폴로지
시뮬레이션 결과와 분석은 시뮬레이션 결과의 분석을 통해 신호의 질이 설계 요구에 부합되지 않는다.주요 문제는 다음과 같다. (1) 상승연과 하강연의 비선형;(2) 파형의 일부 과충과 하충;(3)) 가장자리 속도가 느려집니다.상술한 문제에 대하여 회로에 대한 진일보한 분석을 통하여 이러한 현상은 두 가지 요소로 인해 일어난 것임을 발견하였다.1) SFP 광 트랜시버 모듈은 주로 차동 회선을 사용하여 신호를 전송하기 때문에 SFP-MSA 프로토콜에 따라 마더보드의 차동 임피던스는 100입니다.또한 MAX3748의 차동 출력단의 임피던스는 100입니다.이전 에뮬레이션에서는 시스템이 토폴로지를 추출할 때 기본 임피던스가 60섬 마이크로밴드 선이어서 임피던스 미스매치가 발생했습니다.2) 시스템의 차등 입력 단자가 J1 다음에 부하되기 때문에, 그것이 고임피던스 상태일 때, 단자가 길을 여는 것과 같으며, 비교적 큰 반사가 존재한다.
따라서 신호의 품질을 확보하기 위해서는 임피던스 일치가 필요합니다.차등 전송선의 임피던스를 100으로 설정합니다.차분 마이크로밴드 이론에 따르면 전송선 계산 소프트웨어를 사용하면 출장선의 선폭은 15mil이고 선간격은 10mil이며 대응하는 단일 임피던스는 약 62.5°이다. 차분선 사이에 일정한 결합이 존재하기 때문에이전 에뮬레이션 토폴로지 구조의 무손실 마이크로밴드 선을 실제 유손실 결합 마이크로밴드 선으로 대체하여 에뮬레이션 분석을 수행합니다.또한 토폴로지 구조에 3.3V 전원에 50섬의 단말기 저항을 추가한다.
수정된 토폴로지는 그림 3과 같습니다.
그림 3 수정된 토폴로지
시뮬레이션 파형과 아이맵 분석을 통해 알 수 있듯이 이 신호는 상대적으로 좋은 신호 완전성을 가지고 있다.신호의 과충폭은 약 54mV이고 상승연과 하강연은 약 100ps이며 차분출력신호의 진동폭은 약 850mV에 달해 신호출력요구를 만족시킨다.
