PCB 기술 - PCB 기술의 IBIS 모델 연구 신호 문제

인쇄회로기판(PCB) 개발 단계에서 디지털 입출력 버퍼 정보 사양(IBIS) 시뮬레이션 모델 사용 정보이 문서에서는 IBIS 모델을 사용하여 신호 무결성 계산에 사용되는 중요한 변수를 추출하고 PCB 설계 솔루션을 결정하는 방법을 설명합니다.

추출된 값은 IBIS 모델의 일부입니다.

신호 무결성 문제는 전송선 양쪽의 디지털 신호를 관찰할 때 신호가 PCB 흔적선으로 구동되면 설계자는 결과에 놀랄 것이다.거리가 상대적으로 긴 상황에서 전신호는 순시변화신호가 아니라 행파와 더욱 비슷하다.회로 기판의 파도 동작에 대한 좋은 시뮬레이션은 풀의 파도입니다.같은 부피의 두 조의 물이 같은 임피던스를 가지고 있기 때문에 파문은 순조롭게 연못을 통과했다.그러나 세포벽의 임피던스 차이는 분명하며 파도는 반대 방향으로 반사됩니다.PCB 흔적선에 주입된 전기신호는 같은 현상을 보일 것이다.임피던스 미스매치가 발생할 때 이런 현상은 유사한 방식으로 반영된다.그림 1은 끝 임피던스가 일치하지 않는 PCB 장치를 보여줍니다.마이크로컨트롤러 TI MSP430–¢은 TI ADS8326 ADC에 클럭 신호를 보내며 변환 데이터를 다시 MSP430으로 보냅니다.그림 2는 디바이스의 임피던스 미스매치로 인한 반사를 보여줍니다.이러한 반사는 전송 선적선의 신호 완전성 문제를 초래한다.

PCB 흔적선 저항이 한쪽 또는 양쪽에서 일치하도록 허용하면 반사를 크게 줄일 수 있습니다.

f 시스템 저항과 저항이 일치하는 문제를 해결하기 위해 설계자는 집적회로(ICS)의 저항 특성과 전송 흔적선인 PCB 흔적선의 저항 특성을 이해해야 한다.

이러한 기능을 이해하면 설계자는 각 연결 단위를 분산 전송선으로 모델링할 수 있습니다.송전선로는 단일 및 차등 단말 장치에서 누출 출력 장치에 이르기까지 다양한 회로 서비스를 제공합니다.본고는 주로 단일 전송선을 소개했는데 그 드라이브는 밀어서 출력하는 회로 설계를 사용한다.

또한 다음 IC PIN 사양이 필요합니다.

트랜스미터 출력 저항 ZT(Omega)

송신기 상승 시간 t 상승 및 하강 시간 tAll(초)

수신기 입력 저항 ZR(Omega)

수신기 핀 커패시터 값 CR_pin(F) 이러한 사양은 일반적으로 IC 제조업체의 제품 설명서에 없습니다.

이 문서에서 설명한 바와 같이, 이 모든 값은 PCB 설계 과정에서 IC의 IBIS 모델을 통해 얻을 수 있으며, 이 모델을 사용하여 PCB의 전송 궤적을 시뮬레이션할 수 있습니다.

다음 매개변수를 사용하여 전송 추적을 정의합니다.

특성 임피던스 Z0(

전파 지연 D(ps/inch)

추적 전파 지연 tD(PS)

추적 길이 length(인치)는 특정 PCB 설계에 따라 변수 목록이 더 길어질 수 있습니다.예를 들어, PCB 설계에는 여러 전송/수신 지점이 있는 후면판이 있을 수 있습니다.3 모든 전송선 경로설정은 특정 PCB에 따라 다릅니다.일반적으로 FR-4 보드의 Z0 범위는 50~75옴, D 범위는 140~180ps/인치입니다.Z0 및 D의 실제 값은 실제 전송 트랙의 재료 및 실제 크기에 따라 다릅니다.

4 특정 회로 기판의 회선 전파 지연은 다음과 같이 계산할 수 있습니다: TD = dxlength.

(1) FR-4 보드의 경우 선형 회선의 합리적인 전파 지연 (그림 4 참조) 은 178ps/인치이고 특성 임피던스는 50옴이다.

흔적선의 도선 감지와 용량을 측정하고 이러한 값을 다음 공식에 삽입함으로써 우리는 회로 기판에서 이 결과를 검증할 수 있다: CTR은 파라/인치 단위의 도선 속도 추적선 용량이다;LTR은/인치 회선의 감전을 즐기는 단위입니다.ps/inch는 공기의 개전 상수입니다.ER은 재료의 매개 전기 상수입니다.

예를 들어, 마이크로파 전송 막대 보드 라인 커패시터가 2.6pF/인치이면 라인 센싱은 6.4nH/인치이고 D=129ps/인치, Z0=49.4입니다.

집합 회로와 분산 회로의 비교가 전송선을 정의하면 다음 단계는 회로 레이아웃이 집합 시스템인지 분산 시스템인지 확인하는 것입니다.일반적으로 집선 시스템은 크기가 작고 분산 회로에는 더 많은 보드 공간이 필요합니다.작은 회로는 신호가 가장 빠른 전기 특성보다 작은 유효 길이 (length) 를 가지고 있습니다.

적합한 통합 시스템이 되려면 PCB의 회로가 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.

(5) 여기서 tRise는 초 단위의 상승 시간이다.PCB에서 집선 회로를 구현한 후에는 정책을 종료하는 것이 문제가 되지 않습니다.

기본적으로 우리는 전송선에 전송된 구동 신호가 수신기에 즉시 도달한다고 가정한다.

IBIS 모델의 데이터 조직 구조는 IC의 전원 전압 범위를 기반으로 합니다.IBIS 모델에는 3개, 6개 또는 9개의 구석 데이터가 포함됩니다.이러한 각도를 결정하는 변수는 실리콘 공정 1, 전원 전압 및 종료 온도입니다.부품 모델의 특정 공정/전압/온도(PVT) SPICE 각도는 정확한 IBIS 모델을 생성하는 데 필수적입니다.등급이 다르고 실리콘 공정이 다르며 생성된 모델은 약하고 강하다.설계자는 어셈블리의 전력 요구사항에 따라 전압 설정을 정의하고 정격, 최소, 최대를 변경합니다.

마지막으로, 어셈블리의 정격 온도 범위, 정격 전력 소비량 및 패키지된 매듭 및 환경 열 저항, 즉 JA에 따라 어셈블리 실리콘 매듭의 온도 설정을 결정합니다.표 1은 세 가지 PVT 변수의 예와 TI의 24비트 생체 전기 측정 ADC ADS129x 시리즈 CMOS 프로세스와의 관계를 제공합니다.이러한 변수는 6개의 SPICE 시뮬레이션을 구현하는 데 사용됩니다.첫 번째와 네 번째 시뮬레이션은 정격 프로세스 모델, 정격 전원 전압 및 실온에서의 결온을 사용했습니다.두 번째와 다섯 번째 시뮬레이션은 모두 약한 프로세스 모델, 낮은 전원 전압 및 높은 결온을 사용했습니다.세 번째와 여섯 번째 시뮬레이션은 강력한 공정 모델, 더 높은 전원 전압 및 더 낮은 결온을 사용합니다.

PVT 값 간의 관계는 CMOS 프로세스의 최적 각도를 매핑합니다.

신호 무결성 평가를 위한 트랜스미터 사양 찾기 및/또는 계산에 사용되는 지정된 트랜스미터 사양에는 출력 임피던스(ZT) 및 상승 시간(각각 tRise 및 tFall)이 포함됩니다.그림 5는 TI ADS1296 패키지 ads129x.ibs를 보여 주며, 여기에는 자체 IBIS 모델 파일이 나열되어 있습니다.5 임피던스를 생성하는 데 사용된 값은 버퍼 모델에 표시된 [Pin] 키워드에 표시됩니다.

승압 시간은 IBIS 모델 데이터 목록의 순간적인 부분에 있습니다.입력 및 출력 핀의 임피던스는 패키징 감지 및 커패시터를 통해 모델 임피던스에 모든 신호의 핀 임피던스를 추가합니다.그림 5에서 키워드 "[Component]", "[Manufacturer]", "[Package]"는 특정 패키지, 64-핀 PBGA(ZXG)를 설명합니다.특정 핀의 패키징 감지 및 커패시터는 [pin] 키워드에서 찾을 수 있습니다.예를 들어, 핀 5E에서 신호 GPIO4, L_pin 및 C_pin 값을 찾을 수 있습니다.

신호와 패키징된 L_pin(핀 감지) 및 C_pin(핀 커패시터) 값은 각각 1.4891nH 및 0.28001pF입니다.두 번째 중요한 커패시터 값은 실리콘 용기, 즉 C _ comp입니다.C_comp 값은 Ads129x.ibs 파일의 모델 DIO_33 목록의 [Model] 키워드에서 찾을 수 있습니다(그림 6 참조).이 모델의 C_comp는 전원 핀의 전압이 3.3V인 DIO 버퍼의 커패시터입니다. "~" 기호는 주석을 나타냅니다.따라서 이 목록의 유효한 C_comp 값은 3.0727220e-12F(일반), 2.3187130e-12F 및 3.8529520e-12F이며 PCB 디자이너가 선택할 수 있습니다.

IBIS를 이용한 전송선 설계 본문은 종단 임피던스가 일치하지 않는 PCB를 출발점으로 논의했다.이후 PCB 공장은 IBIS 모델을 통해 학습하여 이 전송 문제의 일부 핵심 부품을 발견했다.이 방면에서 이 문제를 해결할 방법이 있어야 한다.

보정 종료 정책을 표시하고 보정 후의 파형을 표시합니다.PCB 케이블을 설계하려면 첫 번째 단계는 PCB 제품 설명서에서 정보를 수집하는 것입니다.두 번째 단계는 IBIS 모델을 검사하여 사양 입력/출력 임피던스, 승압 시간 및 입력/출력 용량에서 얻을 수 없는 매개변수를 찾는 것입니다.하드웨어 단계에 진입하면 IBIS 모델을 사용하여 주요 제품 사양을 찾고 최종 설계를 시뮬레이션해야 합니다.