Data PCB - Rancangan papan PCB kelajuan tinggi berdasarkan Cadence

1. The introduction
The correspondingkelajuan tinggi Papan PCB digunakan semakin luas, desain semakin kompleks. Dengan permintaan berkembang untuk komunikasi, kelajuan penghantaran isyarat dan pemprosesan semakin cepat. Sirkuit kelajuan tinggi mempunyai dua makna: pertama, ia adalah frekuensi tinggi. Secara umum, frekuensi litar digital mencapai atau melebihi 45MHz hingga 50MHz, dan sirkuit yang bekerja pada frekuensi ini telah menganggap satu pertiga dari seluruh sistem, jadi ia dipanggilkelajuan tinggi sirkuit. Selain itu, mempertimbangkan masa naik dan jatuh isyarat, apabila masa naik isyarat kurang dari 6 kali lambat penghantaran isyarat, the isyarat is considered askelajuan tinggi signal, yang tiada kaitan dengan frekuensi spesifik isyarat.

2. Kandungan asaskelajuan tinggi Papan PCBdesign
High-speed circuit design in the modern circuit design of the proportion is more and more large, desain semakin sukar, penyelesaiannya tidak hanya memerlukankelajuan tinggi peranti, tetapi juga memerlukan kebijaksanaan desainer dan kerja berhati-hati, mesti belajar dan menganalisis situasi khusus, untuk menyelesaikan yang adakelajuan tinggi masalah sirkuit. Secara umum, rancangan ini mengandungi tiga aspek: rancangan integriti isyarat, rekaan kompatibilitas elektromagnetik, desain integriti kuasa.

2.1 Signal Dalamtegrity design

Signal integrity refers to the quality of the signal on the signal line. Sinyal dengan integriti isyarat yang baik bermakna ia mempunyai nilai aras tegangan yang diperlukan untuk mencapai bila diperlukan. Integriti isyarat yang teruk tidak disebabkan oleh sebarang faktor, tetapi dengan kombinasi faktor dalam rekaan aras papan. Terutama dalam sirkuit kelajuan tinggi, kelajuan tukar cip yang digunakan terlalu cepat, pengaturan komponen terminal tidak masuk akal, sambungan litar tidak masuk akal dan sebagainya akan menyebabkan masalah integriti isyarat. Ia melibatkan percakapan salib, refleksi, ketinggian dan turun, oscillasi, lambat isyarat, dll.

2.1.1 Crosstalk (crosstalk)
Crosstalk is the unnecessary coupling between two adjacent signal lines. Induktan dan toleransi antara garis isyarat menyebabkan bunyi di garis. Oleh itu, ia dibahagi menjadi percakapan salib induktif dan percakapan salib kapasitif, yang menyebabkan tekanan semasa dan tekanan bersambung berdasarkan. Crosstalk patut dianggap apabila kadar pinggir isyarat berada di bawah 1ns. Jika ada semasa isyarat bertukar melalui garis isyarat, it will generate alternating magnetic field, dan garis isyarat bersebelahan dalam medan magnet akan mengakibatkan tegangan isyarat. Parameter umum Papan PCB Lapisan, jarak antara garis isyarat, karakteristik elektrik hujung pemandu dan hujung penerima, dan mod sambungan garis isyarat semua mempunyai pengaruh tertentu pada percakapan salib. Dalam alat simulasi isyarat Cadence, 6 garis isyarat sambungan boleh disimulasi selepas percakapan salib pada masa yang sama. Parameter imbas yang boleh ditetapkan adalah: konstan dielektrik Papan PCB, tebal medium, tebal tembaga yang ditenggelamkan, panjang dan lebar garis isyarat, jarak garis isyarat. Dalam simulasi, perlu nyatakan garis isyarat rosak, yang, to investigate the interference of another signal line to this line, dan menetapkan kegembiraan sebagai terus-menerus tinggi atau terus-menerus rendah, supaya jumlah ketegangan yang disebabkan dari garis isyarat lain ke garis isyarat ini boleh diukur, supaya jarak dan panjang selari boleh memenuhi keperluan.

2.1.2 Reflex (reflection)
Reflection is the echo of a signal along a transmission line, seperti yang kita tahu apabila cahaya mengembara melalui medium yang tidak berhenti dan sebahagian dari tenaga itu dikembalikan. Pada titik ini, kuasa isyarat tidak semua dihantar ke muatan, sebahagian tersembunyi kembali. Dalamkelajuan tinggi PCB, wayar mesti sama dengan garis penghantaran. Menurut teori garis penghantaran, jika sumber dan muatan mempunyai impedance yang sama, refleksi tidak akan berlaku. Tidak sepadan dalam impedance antara kedua-dua menyebabkan refleksi, dan muatan mencerminkan sebahagian tekanan kembali ke sumber. Tengah terreflected mungkin positif atau negatif, bergantung pada ukuran hubungan antara impedance muatan dan impedance sumber. If the reflected signal is strong and superimposed on the original signal, ia mungkin akan mengubah keadaan logik, menghasilkan ralat data. Jika isyarat jam boleh menyebabkan jam sepanjang monotonik, dan menyebabkan pemicu yang salah. Geometri kabel umum, penghentian wayar tidak betul, transmisi melalui sambungan, dan kegagalan dalam pesawat kuasa boleh menyebabkan refleksi seperti itu. Selain itu, sering ada output dengan penerima berbilang, dan refleksi yang dijana oleh strategi wayar yang berbeza mempunyai kesan berbeza pada setiap penerima, jadi strategi kawat juga adalah faktor yang tidak boleh diabaikan.

2.1.3 Overshoot and undershoot

Overshoot is a signal jump caused by too fast circuit switching and the reflection mentioned above, yang, puncak isyarat melebihi nilai puncak atau lembah bagi tekanan ditetapkan. A downdraft adalah trough atau peak berikutnya. Terlalu berlebihan boleh menyebabkan dioda perlindungan berfungsi, leading to premature failure, dan kerosakan serius pada peranti. Turun-turun berlebihan boleh menyebabkan ralat jam atau data yang menggerunkan, yang boleh dikurangkan atau dibuang dengan menambah titik akhir yang sesuai.

2.1.4 Oscillations and Pawnchess
The phenomenon of oscillation is the repeated occurrence of overshot and downshot, oscilasi isyarat dan oscilasi sekeliling disebabkan oleh ketidakpadanan impedance antara hujung penerima dan garis transmisi dan hujung sumber disebabkan oleh induktansi dan kapasitasi berlebihan pada garis, biasanya berlaku dekat ambang aras logik, melewati ambang aras logik untuk banyak kali akan menyebabkan gangguan logik. Oscillations and circumferential oscillations are caused by as many factors as reflections, dan oscilasi boleh dikurangkan dengan penghentian atau mengubah parameter PCB yang sesuai, tetapi tidak dapat dibuang sepenuhnya. Dalam perisian simulasi isyarat Cadence, masalah integriti isyarat di atas diukur dalam parameter refleksi. Dalam peranti pemandu model IBIS dan pemilihan repositori, kita hanya perlu menetapkan parameter impedance garis penghantaran yang berbeza, resistensi, kadar penghantaran isyarat or stripline and microstrip line, boleh dihitung secara langsung dengan menggunakan bentuk gelombang isyarat alat simulasi dan data yang sepadan, supaya anda boleh cari nilai impedance garis penghantaran yang sepadan, resistensi, signal transmission rate, Dalam yang sepadan Papan PCB perisian Allegro, the width of the corresponding signal line in each layer can be obtained according to the corresponding transmission line impedance value and signal transmission rate (the order and parameters of lamination need to be set in advance). Terdapat banyak cara untuk memilih perlawanan yang sepadan, termasuk akhir sumber - hingga - akhir dan akhir selari - hingga - akhir, dll. Dalam strategi kabel juga boleh memilih cara yang berbeza: krisantem, bintang, suai, tiap-tiap cara mempunyai keuntungan dan kelemahan, menurut keputusan simulasi sirkuit berbeza untuk menentukan pemilihan khusus.

2.1.5 Signal Delay
The circuit can only receive data in accordance with the specified time sequence, lambat isyarat terlalu panjang boleh menyebabkan kekacauan masa dan fungsi, dalam sistem kelajuan rendah tidak akan menjadi masalah, tetapi kadar pinggir isyarat meningkat, kadar jam meningkat, masa penghantaran antara peranti dan masa penyegerakan akan dikurangi. Terlalu muatan pemacu dan kabel panjang akan menyebabkan lambat. Semua larangan gerbang mesti dipenuhi dalam anggaran masa yang pendek dan pendek, termasuk masa setup, masa tunggu, lambat garis dan pencerobohan. Kerana kapasitas dan induktan yang sama pada garis transmisi akan melambatkan penukaran digital isyarat, ditambah dengan angin oscilasi disebabkan oleh refleksi, isyarat data tidak dapat memenuhi masa yang diperlukan oleh peranti penerima untuk menerima dengan betul, menghasilkan ralat menerima. Dalam perisian simulasi isyarat Cadence, lambat isyarat juga diukur dalam sub-parameter refleksi, Paparan ditetapkan, Switchdelay and Propdelay. Dua parameter pertama berkaitan dengan muatan ujian di perpustakaan model IBIS. Dua parameter ini boleh ditentukan oleh parameter manual pengguna pemacu dan peranti penerima. Mereka boleh dibandingkan dengan set set simulasi dan Switchdelay. Jika nilai penukaran yang diperoleh dalam mod perlahan semua lebih kecil daripada nilai dikira, dan nilai penukaran yang diperoleh dalam mod cepat adalah lebih besar daripada nilai yang dihitung, maka julat Propdelay antara dua peranti yang kita perlukan boleh dicapai. Semasa meletakkan peranti khusus, jika peranti tidak berada dalam kedudukan yang sesuai, bahagian jadual lambat yang sepadan akan menunjukkan merah, yang akan berubah biru bila kedudukan disesuaikan dengan betul, menunjukkan bahawa lambat diantara peranti telah memenuhi julat Propdelay dinyatakan.

2.2 Design for Electro Magnetic Compatibility
Electromagnetic compatibility includes electromagnetic interference and electromagnetic tolerance, yang, radiasi elektromagnetik berlebihan dan sensitiviti kepada radiasi elektromagnetik. Ada dua jenis gangguan elektromagnetik: gangguan kondukti dan gangguan radiasi. Gandakan dilakukan merujuk kepada kondukti isyarat dari satu rangkaian elektrik ke rangkaian elektrik lain melalui medium konduktif dalam bentuk semasa. In Papan PCB, ia terutama dipaparkan sebagai bunyi tanah dan bunyi kuasa. Gandakan radiasi adalah apabila isyarat radiasi keluar dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang mempengaruhi rangkaian elektrik lain. Dalam rancangankelajuan tinggi Papan PCB dan sistem, high frequency signal line, pin cip, sambungan dan sebagainya pada Mei menjadi sumber gangguan radiasi dengan ciri-ciri antena. Menurut kepentingan rancangan EMC, ia boleh dibahagi menjadi empat tahap: peranti dan reka tahap PCB, desain sistem grounding, desain sistem melindungi dan desain penapisan. Di antara mereka, kedua-dua yang pertama adalah penting, peranti dan Papan PCB reka aras terutamanya mengandungi pemilihan peranti aktif, pengumpulan papan sirkuit, bentangan dan kabel, dll. Design sistem pendaratan terutamanya termasuk mod pendaratan, kawalan impedance tanah, gelung tanah dan pendaratan lapisan melindungi. Dalam alat simulasi Cadence, parameter simulasi gangguan elektromagnetik boleh ditetapkan dalam X, Y, Arah Z jarak, julat frekuensi, design allowance, compliance with standards, dll. Simulasi ini milik post-simulasi, terutama untuk memeriksa sama ada ia memenuhi keperluan desain, Oleh itu, dalam kerja awal, kita juga perlu merancang mengikut teori gangguan elektromagnetik, praktek biasa ialah mengawal peraturan desain gangguan elektromagnetik yang dilaksanakan pada setiap pautan desain, untuk mencapai pemacu peraturan dan kawalan dalam setiap pautan.

2.3 Power integrity design
Inkelajuan tinggi sirkuit, bekalan kuasa dan integriti tanah juga faktor yang sangat penting, kerana integriti bekalan kuasa dan integriti isyarat berkaitan rapat. Dalam kebanyakan kes, penyebab utama gangguan isyarat ialah sistem bekalan kuasa. Contohnya: bunyi rebound tanah terlalu besar, desain kapasitor yang tidak menyambung tidak sesuai, bekalan kuasa berbilang atau segmen pesawat tanah tidak baik, rancangan stratum tidak masuk akal, distribusi semasa tidak sama akan membawa masalah integriti bekalan kuasa, yang menyebabkan gangguan isyarat dan mempengaruhi integriti isyarat. The main ideas to solve the problem are to determine the power distribution system, untuk membahagi papan sirkuit saiz besar ke beberapa papan saiz kecil, untuk menentukan kapasitas pemisahan berdasarkan bunyi LandBounce, dan mempertimbangkan keseluruhan Papan PCB. Apabila mereka mempunyai arus besar mengalir dalam sirkuit untuk bermain, such as a large amount of chip output at the same time open, akan ada aliran semasa sementara yang lebih besar dalam cip dari sumber kuasa pesawat plat, pakej cip dan perlawanan dan induktan pesawat kuasa akan menyebabkan bunyi bekalan kuasa, ia tidak akan menghasilkan fluktuasi dan perubahan tekanan pesawat tanah yang sebenar, bunyi akan mempengaruhi komponen lain tindakan. Dalam rancangan, mengurangkan kapasitas muatan, meningkatkan resistensi muatan, mengurangi induksi tanah dan mengurangi bilangan tukar pada masa yang sama boleh mengurangi elastik tanah. Kerana segmentasi pesawat geoelektrik, contohnya, stratum dibahagi menjadi tanah digital, tanah analog, tanah dilindungi, dll., apabila isyarat digital pergi ke kawasan garis tanah analog, bunyi aliran balik pesawat tanah akan dijana. Pada masa yang sama, bergantung pada peranti yang dipilih, lapisan bekalan kuasa boleh dibahagi ke beberapa lapisan tegangan yang berbeza, jadi bunyi tanah dan aliran belakang memerlukan perhatian khusus. Pilihan sistem distribusi kuasa dan kondensator pemisahan sangat penting dalam rancangan integriti bekalan kuasa. Secara umum, keep the impedance between the power supply system (power supply and ground plane) as low as possible. Kita boleh menentukan halangan sasaran yang kita mahu capai melalui julat tertentu tegangan dan perubahan semasa, dan kemudian menyesuaikan faktor berkaitan dalam sirkuit untuk membuat impedance setiap bahagian sistem bekalan kuasa dan impedance sasaran. Untuk kondensator pemisahan, perlu mempertimbangkan parameter parasit kondensator, quantitatively calculate the number of the decoupling capacitor and the capacitance of each capacitor and the specific location, sebanyak mungkin untuk melakukan tidak lebih dari satu kondensator, tidak kurang dari satu. Dalam alat simulasi Cadence, lompatan mendarat dipanggil bunyi tukar bersamaan. Dalam simulasi, induksi parasit, kapasitasi dan perlawanan antara bekalan kuasa dan induksi parasit, kapasitasi dan resistensi pakej peranti dianggap, dan hasilnya lebih konsisten dengan situasi sebenar. Selain itu, mengikut jenis sirkuit dan frekuensi kerja yang digunakan oleh sistem, after setting the desired parameters, saiz kapasitas yang sesuai dan kedudukan tempatan boleh dihitung, dan gelung mendarat dengan kekurangan dapat dirancang untuk menyelesaikan masalah integriti bekalan kuasa pada Papan PCB.