Data PCB - Tiga teknik laluan istimewa dalam desain papan PCB dan kabel

Kualiti desain papan PCB dan kabel akan secara langsung mempengaruhi prestasi seluruh sistem, dan kebanyakan teori desain kelajuan tinggi akan akhirnya diselesaikan dan disahkan melalui Bentangan. Ia boleh dilihat bahawa kawat sangat penting dalam rancangan PCB kelajuan tinggi. Berikut akan menganalisis rasionalitas beberapa situasi yang mungkin ditemui dalam kawat sebenar, dan memberikan beberapa strategi laluan yang optimum. Ia terutama dijelaskan dari tiga aspek: laluan sudut kanan, laluan berbeza, dan laluan ular.

1. Trek sudut kananRight-angle wireing is generally a situation that needs to be avoided as much as possible in PCB wireing, and it has almost become one of the standards for measuring the quality of wireing. Jadi berapa banyak kesan kabel sudut kanan mempunyai pada transmisi isyarat? Dalam prinsip, jejak sudut kanan akan mengubah lebar garis garis bagi garis penghantaran, yang menyebabkan kegagalan dalam impedance. Malah, bukan hanya jejak sudut kanan, tetapi juga jejak sudut tajam boleh menyebabkan perubahan impedance. Kesan jejak sudut-kanan pada isyarat terutama diselarang dalam tiga aspek:(1) Sudut boleh sama dengan muatan kapasitif pada garis trasmis untuk memperlambat masa naik; (2) Kebatasan kemudahan akan menyebabkan refleksi isyarat; (3) EMI dijana pada sudut kanan. Kapensitasi parasitik disebabkan oleh sudut kanan garis transmisi boleh dihitung dengan formula empirik berikut:C=61W(Er)1/2/Z0, dalam formula di atas, C merujuk kepada kapasitasi ekvivalen sudut (unit: pF), W merujuk kepada lebar jejak (unit: inci), εr merujuk kepada konstan dielektrik medium, Z0 merupakan keterangan keterangan garis transmisi. Contohnya, untuk garis penghantaran 4Mils 50 ohm (εr ialah 4.3), kapasitas yang dibawa oleh sudut kanan adalah kira-kira 0.0101pF, dan perubahan masa peningkatan yang berasal boleh diharapkan: T10-90%=2.2* C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps. Ia boleh dilihat dari pengiraan bahawa kesan kapasitas yang disebabkan oleh jejak sudut kanan sangat kecil. Bila lebar garis jejak sudut kanan meningkat, impedance di sana akan menurun, jadi fenomena refleksi isyarat tertentu akan berlaku. Kita boleh menghitung impedance yang sama selepas lebar garis ditambah mengikut formula pengiraan impedance yang disebut dalam bab garis transmisi, dan kemudian menghitung koeficien refleksi mengikut formula empirik: ϙ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0). Secara umum, perubahan impedance disebabkan oleh kawat sudut kanan adalah antara 7% dan 20%, jadi koeficien refleksi adalah kira-kira 0.1. Selain itu, seperti yang boleh dilihat dari figura di bawah, impedance garis penghantaran berubah ke 100% semasa garis W/2, dan kemudian kembali ke impedance normal selepas masa W/2. Seluruh perubahan impedance berlaku dalam masa yang sangat pendek, sering dalam 10 saat. perubahan yang cepat dan kecil adalah hampir tidak terlepas untuk penghantaran isyarat umum. Banyak orang mempunyai pemahaman tentang kawat sudut kanan, berfikir bahawa ia mudah untuk mengeluarkan atau menerima gelombang elektromagnetik dan menghasilkan EMI, yang juga merupakan salah satu alasan mengapa ramai orang berfikir kawat sudut kanan tidak mungkin. Namun, hasil banyak ujian praktik menunjukkan bahawa jejak sudut kanan tidak menghasilkan EMI yang signifikan daripada garis lurus. Mungkin prestasi instrumen semasa dan tahap ujian terhad kebenaran, tetapi sekurang-kurangnya ia menunjukkan masalah, radiasi jejak sudut kanan sudah lebih kecil daripada ralat pengukuran instrumen sendiri. Secara umum, laluan sudut kanan tidak menakutkan seperti yang anda bayangkan. Sekurang-kurangnya dalam aplikasi di bawah GHz, mana-mana kesan seperti kapasitasi, refleksi, EMI, dll. yang dihasilkan oleh ia hampir tidak refleksi dalam ujian TDR. Fokus enjin reka papan PCB kelajuan tinggi patut masih berada pada bentangan, reka kuasa/tanah, dan reka jejak. vias dan aspek lain. Sudah tentu, walaupun kesan kawat sudut kanan tidak terlalu serius, ia tidak bermakna bahawa kita semua boleh berjalan garis sudut kanan di masa depan. Perhatian kepada perincian adalah kualiti asas yang setiap jurutera mesti mempunyai. Selain itu, dengan pembangunan cepat sirkuit digital, papan PCB frekuensi isyarat yang dihadapi oleh jurutera akan terus meningkat, dan dalam medan desain RF di atas 10GHz, sudut kanan kecil ini mungkin menjadi fokus masalah kelajuan tinggi.2. Trek berbeza Isyarat kunci dalam sirkuit sering dirancang dengan struktur berbeza. Mengapa ia begitu populer? Bagaimana untuk memastikan prestasi yang baik dalam rancangan papan PCB? Dengan dua soalan ini, kita teruskan ke bahagian seterusnya dalam perbincangan. Apa isyarat perbezaan? Dalam terma layman, hujung pemandu menghantar dua isyarat nilai yang sama dan fase bertentangan, dan akhir penerima menilai keadaan logik "0" atau "1" dengan membandingkan perbezaan antara kedua-dua tegangan. Pasangan jejak yang membawa isyarat perbezaan dipanggil jejak perbezaan. Berbanding dengan jejak isyarat satu-akhir biasa, isyarat perbezaan mempunyai keuntungan jelas dalam tiga aspek berikut:a. Kekuatan anti-gangguan yang kuat, kerana sambungan antara dua jejak perbezaan adalah sangat baik. Apabila terdapat gangguan bunyi di dunia luar, mereka hampir terhubung dengan dua wayar pada masa yang sama, dan akhir penerimaan hanya peduli tentang perbezaan antara dua isyarat. Jadi bunyi mod umum luaran boleh dibatalkan sepenuhnya.b. Ia boleh menekan EMI secara efektif. Dengan cara yang sama, kerana polariti kedua-dua isyarat adalah bertentangan, medan elektromagnetik yang radiasi oleh mereka boleh membatalkan satu sama lain. Semakin ketat sambungan, semakin kurang tenaga elektromagnetik dilepaskan ke dunia luar.c. Posisi masa, kerana perubahan perubahan isyarat perbezaan ditempatkan di persimpangan dua isyarat, tidak seperti isyarat biasa satu-akhir yang bergantung pada dua tekanan ambang, tinggi dan rendah, jadi ia kurang dipengaruhi oleh proses dan suhu, dan boleh mengurangi ralat masa. Ia juga lebih sesuai untuk sirkuit dengan isyarat amplitud rendah. LVDS populer semasa merujuk kepada teknologi isyarat berbeza amplitud kecil ini. Untuk jurutera papan PCB, kebimbangan adalah bagaimana untuk memastikan keuntungan ini dari laluan berbeza boleh digunakan sepenuhnya dalam laluan sebenar. Mungkin sesiapa yang telah berhubungan dengan stackup akan memahami keperluan umum untuk jejak perbezaan, iaitu "panjang sama, jarak sama". Eq

Misi 2: Berfikir bahawa menjaga jarak yang sama lebih penting daripada sepadan panjang baris. Dalam bentangan papan PCB sebenar, ia sering mustahil untuk memenuhi keperluan desain perbezaan pada masa yang sama. Kerana faktor seperti distribusi pin, vias, dan ruang laluan, tujuan untuk sepadan panjang baris mesti dicapai melalui laluan yang sesuai, tetapi hasilnya mesti ialah beberapa kawasan pasangan perbezaan tidak boleh selari. Apa yang perlu kita lakukan pada masa ini? Bagaimana dengan pertukaran? Sebelum melukis kesimpulan, mari kita lihat hasil simulasi berikut. Dari hasil simulasi di atas, bentuk gelombang skema 1 dan skema 2 hampir kebetulan, iaitu, kesan disebabkan oleh jarak yang tidak sama adalah minimal. Sebagai perbandingan, kesan ketidaksepadan panjang baris pada masa adalah jauh lebih besar (Pilihan 3). Dari analisis teori, walaupun ketidakkonsistensi ruang akan menyebabkan impedance perbezaan berubah, kerana sambungan antara pasangan perbezaan sendiri tidak signifikan, julat variasi impedance juga sangat kecil, biasanya dalam 10%, yang hanya sama dengan satu laluan. refleksi disebabkan oleh lubang, yang tidak mempengaruhi transmisi isyarat secara signifikan. Apabila panjang baris tidak sepadan, selain ofset masa, komponen mod biasa akan diperkenalkan ke dalam isyarat perbezaan, yang mengurangkan kualiti isyarat dan meningkatkan EMI. Ia boleh dikatakan bahawa peraturan penting dalam desain jejak perbezaan pada PCB adalah untuk sepadan panjang baris, dan peraturan lain boleh ditangani fleksibel mengikut keperluan desain dan aplikasi praktik. Rasanya jejak perbezaan mesti sangat dekat. Menjaga jejak perbezaan dekat tidak lebih dari untuk meningkatkan sambungan mereka, yang tidak hanya boleh meningkatkan kekebalan terhadap bunyi, tetapi juga membuat penggunaan penuh polariti bertentangan medan magnetik untuk ofset gangguan elektromagnetik ke dunia luar. Walaupun pendekatan ini sangat berguna dalam kebanyakan kes, ia tidak. Jika kita boleh memastikan bahawa mereka sepenuhnya dilindungi daripada gangguan luar, maka kita tidak perlu mencapai anti-gangguan dan anti-gangguan melalui sambungan kuat satu sama lain. tujuan untuk menekan EMI. Bagaimana kita boleh pastikan jejak perbezaan mempunyai pengasingan dan perisai yang baik? Meningkatkan jarak dengan jejak isyarat lain adalah salah satu cara asas. tenaga medan elektromagnetik menurun dengan hubungan kuasa dua jarak. Secara umum, apabila jarak antara garis melebihi 4 kali lebar garis, gangguan diantaranya sangat lemah, yang pada dasarnya OK. neglect. Selain itu, pengasingan pesawat tanah juga boleh bermain peran perlindungan yang baik. Struktur ini sering digunakan dalam desain papan PCB pakej IC frekuensi tinggi (di atas 10G). Ia dipanggil struktur CPW, yang boleh memastikan kawalan beza perbezaan ketat (2Z0). Jejak berbeza juga boleh dijalankan dalam lapisan isyarat berbeza, tetapi kaedah ini biasanya tidak direkomendasikan, kerana perbezaan dalam impedance dan vias yang dijana oleh lapisan berbeza akan menghancurkan kesan penghantaran mod berbeza dan memperkenalkan bunyi mod biasa. Selain itu, jika dua lapisan bersebelahan tidak terikat dengan ketat, ia akan mengurangkan kemampuan jejak perbezaan untuk menentang bunyi, tetapi jika ruang yang betul dari jejak sekeliling boleh disimpan, percakapan salib bukan masalah. Pada frekuensi umum (di bawah GHz), EMI bukan masalah serius. Eksperimen menunjukkan bahawa penindasan tenaga radiasi pada jarak 3 meter telah mencapai 60dB untuk jejak berbeza yang dipisahkan dengan 500Mils, yang cukup untuk memenuhi standar radiasi elektromagnetik FCC, jadi perancang tidak perlu risau terlalu banyak tentang ketidakkompatibiliti elektromagnetik disebabkan oleh pasangan garis berbeza yang tidak cukup.3. garis serpentineSerpentine adalah jenis kaedah laluan yang sering digunakan dalam Bentangan. Tujuannya utama adalah untuk menyesuaikan lambat untuk memenuhi keperluan desain masa sistem. Pertama, perancang mesti mempunyai pemahaman ini: garis ular akan menghancurkan kualiti isyarat, mengubah lambat penghantaran, dan cuba untuk mengelakkannya semasa kabel. Bagaimanapun, dalam rancangan sebenar, untuk memastikan isyarat mempunyai cukup masa memegang, atau untuk mengurangkan ofset masa antara isyarat dalam kumpulan yang sama, ia sering diperlukan untuk secara sengaja melakukan wayar. Jadi, apa kesan wayar ular itu pada penghantaran isyarat? Apa yang patut saya perhatikan ketika menjalankan rute? Dua parameter kunci ialah panjang sambungan selari dan jarak sambungan. Jelas sekali, apabila isyarat dihantar pada jejak serpentine, sambungan akan berlaku diantara segmen garis selari, dalam bentuk mod perbezaan, semakin kecil S, semakin besar Lp, semakin besar darjah sambungan. Ia mungkin menyebabkan pengurangan lambat penghantaran dan mengurangkan kualiti isyarat disebabkan perbualan salib. Untuk mekanisme, sila rujuk kepada analisis mod umum dan perbezaan mod saling bercakap dalam Bab 3.Beberapa tip apabila berurusan dengan garis serpentine:(1) Cuba meningkatkan jarak segmen garis paralel, sekurang-kurangnya lebih besar dari 3H, di mana H rujuk kepada jarak dari jejak isyarat ke aras rujukan. Dalam terma layman, ia adalah untuk melalui bengkok besar. Selama S cukup besar, kesan sambungan boleh hampir sepenuhnya dihindari. (2) Kurangkan panjang sambungan Lp. Apabila lambat Lp ganda mendekati atau melebihi masa naik isyarat, percakapan salib yang dijana akan mencapai ketepuan. (3) Lambat penghantaran isyarat disebabkan oleh garis ular garis garis garis garis atau garis garis mikro garis terkubur lebih kecil daripada garis mikro garis. Secara teori, garis garis garis tidak akan mempengaruhi kadar pemindahan disebabkan perbezaan perbezaan mod salib. (4) Untuk garis kelajuan tinggi dan isyarat dengan keperluan masa yang ketat, cuba untuk tidak mengambil garis serpentine, terutama tidak