Berita PCB - Sebab dan penyelesaian masalah integriti isyarat dalam rekaan PCB kelajuan tinggi

Dengan pembangunan terus menerus teknologi semikonduktor dan teknologi mikron tekanan dalam, kelajuan penukaran IC telah meningkat dari puluhan M Hz kepada ratusan M Hz, dan bahkan mencapai beberapa GHz. Dalam rancangan PCB kelajuan tinggi, jurutera sering menghadapi masalah integriti isyarat seperti pemicu palsu, oscilasi debu, overshoot, undershoot dan crosstalk. Dalam kertas ini, penyebab bentuk mereka, kaedah pengiraan dan bagaimana untuk menyelesaikan masalah ini menggunakan kaedah simulasi IBIS di Allegro dibahas.

1 Definisi integriti isyarat

Integriti isyarat (SI) merujuk kepada kualiti isyarat pada garis isyarat. Integriti isyarat yang teruk tidak disebabkan oleh faktor tunggal, tetapi oleh kombinasi banyak faktor dalam rekaan aras papan. Sebab integriti isyarat

Pemusnahan termasuk refleksi, cincin, lompatan tanah, percakapan salib, dll. Dengan meningkat frekuensi isyarat, integriti isyarat telah menjadi fokus enjin PCB kelajuan tinggi.

2 refleksi

2.1 Formasi refleksi dan pengiraan

Kegagalan kemudahan pada garis trasmis menyebabkan isyarat diselarang, dan apabila sumber dan kemudahan muatan tidak sepadan, muatan akan menyelarang sebahagian dari tekanan kembali ke sumber. Pemindahan baris berbeza telah memecahkan banyak masalah.

Apa isyarat perbezaan? Dalam bahasa Inggeris biasa, pemandu menghantar dua isyarat yang sama dan membalikkan, dan penerima membandingkan perbezaan antara dua tegangan untuk menentukan sama ada keadaan logik adalah "0" atau "1". Pasangan garis yang membawa isyarat perbezaan dipanggil garis perbezaan. Penghalangan baris berbeza bagaimana menghitung? Semua jenis penghalang isyarat berbeza tidak sama, seperti penghalang garis berbeza USB D+ D-, adalah 90ohm, garis perbezaan 1394 adalah 110ohm, lihat pertama spesifikasi atau maklumat yang relevan. Sekarang terdapat banyak alat pengiraan impedance, seperti Polar SI9000, faktor yang mempengaruhi lebar wayar impedance perbezaan, jarak garis perbezaan, konstan dielektrik dielektrik, tebal dielektrik (antara garis perbezaan dan permukaan rujukan tebal dielektrik), biasanya menyesuaikan jarak garis perbezaan dan lebar garis untuk mengawal impedance perbezaan. Apabila membuat plat, anda juga perlu memberitahu pembuat mana garis untuk mengawal impedance. Isyarat perbezaan adalah perwakilan nombor perbezaan antara dua kuantiti fizik. Secara ketat, semua isyarat tekanan berbeza, kerana satu tekanan hanya boleh relatif dengan tekanan lain. Dalam beberapa sistem, tanah sistem digunakan sebagai titik rujukan tegangan. Apabila tanah digunakan sebagai rujukan untuk pengukuran tenaga, rancangan isyarat ini dikatakan sebagai satu-akhir. Kita gunakan istilah ini kerana isyarat diwakili oleh tekanan melalui konduktor tunggal.

Keuntungan isyarat perbezaan adalah, kerana anda mengawal tenaga 'rujukan', ia mudah untuk mengenalpasti isyarat kecil. Dalam skema isyarat berdasarkan tanah, satu-akhir, nilai isyarat diukur bergantung pada konsistensi sistem berdasarkan tanah. Semakin jauh sumber dan penerima, semakin besar kemungkinan nilai tekanan setempat mereka akan berbeza. Nilai isyarat yang dikembalikan dari isyarat perbezaan adalah kebanyakan bebas dari nilai 'ground', tetapi dalam julat tertentu.

Satu keuntungan kedua bagi isyarat perbezaan adalah bahawa ia sangat imun terhadap gangguan elektromagnetik luaran (EMI). Sumber gangguan mempengaruhi setiap hujung pasangan isyarat berbeza hampir sama darjah. Kerana perbezaan tensi PADSLOGIC dalam PADS menentukan nilai isyarat, mana-mana gangguan yang sama berlaku pada kedua-dua konduktor akan diabaikan. Selain menjadi kurang sensitif kepada gangguan, isyarat perbezaan menghasilkan kurang EMI daripada isyarat satu-akhir.

Keuntungan ketiga isyarat perbezaan adalah pemasangan masa. Kerana perubahan isyarat perbezaan ditempatkan di persimpangan dua isyarat, tidak seperti isyarat satu-akhir biasa yang bergantung pada penghakiman tekanan ambang tinggi dan rendah, ia kurang terkesan oleh proses dan suhu, yang boleh mengurangi ralat masa dan lebih sesuai untuk sirkuit isyarat amplitud rendah. LVDS( Isyaratan Perbezaan Voltage rendah) adalah teknologi isyarat berbeza amplitud kecil yang populer.

Perbezaan mungkin tidak mempertimbangkan percakapan salib kerana hasil percakapan salib mereka dibatalkan bila diterima. Selain itu, perbezaan adalah untuk seimbang garis, selari hanya sebahagian dari seimbang.

Saya rasa pasangan perbezaan sepatutnya diperlukan. Untuk persamaan garis tunggal, walaupun ia sangat dewasa dalam teori, garis PCB sebenar masih mempunyai ralat kira-kira 5% (untuk bahan, saya tidak melakukannya sendiri). Garis perbezaan, di sisi lain, boleh dianggap sebagai sistem loop diri, atau isyarat pada dua garis isyaratnya berkaitan. Sambungan terbuka boleh menyebabkan gangguan dari sumber berbeza, dan untuk beberapa litar antaramuka, panjang sama bagi pasang perbezaan latihan Allegro adalah faktor penting dalam mengawal lambat baris. Jadi, saya fikir garis perbezaan perlu dipasang dengan ketat.

Untuk kebanyakan PCBS kelajuan tinggi hari ini, mempertahankan sambungan yang baik adalah keuntungan

Tetapi saya harap anda tidak salah pasang sebagai syarat yang diperlukan untuk pasangan perbezaan, yang kadang-kadang membatasi idea desain.

Apabila melakukan desain atau analisis kelajuan tinggi, kita tidak hanya perlu tahu bagaimana kebanyakan orang melakukannya, tetapi juga memahami mengapa orang lain melakukannya, dan kemudian memahami dan memperbaiki berdasarkan pengalaman orang lain, dan terus berlatih halus kreatif kita dianggap bahawa isyarat perbezaan tidak memerlukan pesawat tanah sebagai laluan aliran belakang, atau bahawa garis perbezaan menyediakan laluan aliran belakang untuk satu sama lain. Sebab kesalahpahaman ini keliru oleh fenomena permukaan, atau mekanisme penghantaran isyarat kelajuan tinggi tidak cukup dalam. Sirkuit berbeza tidak sensitif kepada projekil tanah yang sama dan isyarat bunyi lain yang mungkin ada dalam bekalan kuasa dan pesawat tanah. Bahagian ofset pesawat tanah dari kembalian tidak mewakili sirkuit perbezaan tidak dikembalikan sebagai pesawat rujukan sebagai laluan isyarat, sebenarnya pada analisis aliran isyarat, garis perbezaan dan garis berjalan satu-akhir umum adalah konsisten, mekanisme isyarat frekuensi tinggi sentiasa sepanjang sirkuit induktan untuk reflow, - perbezaan antara garis perbezaan selain daripada terdapat dipasang ke tanah, terdapat pemasangan antara satu sama lain, siapapun yang dipasang dengan kuat menjadi laluan aliran belakang utama. Dalam rancangan sirkuit PCB, sambungan antara kabel perbezaan biasanya kecil, biasanya menganggap hanya 10~20% darjah sambungan, dan kebanyakan sambungan adalah ke tanah, jadi laluan aliran belakang utama kabel perbezaan masih wujud di atas atas tanah. Apabila ketinggalan pesawat setempat berlaku, sambungan antara kabel perbezaan akan menyediakan laluan aliran belakang utama di kawasan tanpa pesawat rujukan. Walaupun kesan ketinggalan pesawat rujukan pada kawat perbezaan bukanlah sebanyak kesan kawat satu-akhir biasa, ia masih akan mengurangi kualiti isyarat perbezaan dan meningkatkan EMI, yang seharusnya dihindari sejauh mungkin. Beberapa desainer percaya bahawa aras rujukan garis penghantaran berbeza boleh dibuang untuk menekan sebahagian isyarat mod umum dalam penghantaran berbeza, tetapi secara teori pendekatan ini tidak diinginkan. Bagaimana untuk mengawal impedance? Tanpa menyediakan loop impedance tanah untuk isyarat modus umum, radiasi EMI pasti disebabkan, yang lebih berbahaya daripada kebaikan.