Data PCB - Punca dan Penyelesaian Masalah Integriti Isyarat dalam Reka Bentuk PCB Berkelajuan Tinggi

p>Dengan pembangunan terus menerus teknologi semikonduktor dan teknologi mikron tekanan dalam, kelajuan penukaran IC telah meningkat dari puluhan MHZ kepada ratusan MHz, atau bahkan beberapa GHz. Dalam rancangan kelajuan tinggi Papan PCB, jurutera sering menghadapi masalah integriti isyarat seperti pemicu palsu, oscilasi lemah, overshoot, underhoot, dan percakapan salib. Artikel ini akan membincangkan mengapa mereka dibentuk, bagaimana mereka dihitung, dan bagaimana untuk menyelesaikan masalah ini menggunakan kaedah simulasi IBIS di Allegro.

1. Definition of Signal Integrity
Signal Integrity (SI) refers to the signal quality on the signal line. Integriti isyarat yang teruk tidak disebabkan oleh faktor tunggal, tetapi dengan kombinasi faktor dalam rekaan aras papan. Sebab kerosakan integriti isyarat termasuk refleksi, bunyi, melompat tanah, crosstalk, dan lebih. Dengan peningkatan terus menerus frekuensi operasi isyarat, masalah integriti isyarat telah menjadi fokus kelajuan tinggi Papan PCB jurutera.

2. Reflection
2.1 Formation and calculation of reflections
Impedance discontinuities on the transmission line can cause signal reflections, dan apabila sumber dan muat impedance tidak sepadan, muatan mencerminkan sebahagian tekanan kembali ke sumber. Pemindahan baris berbeza isyarat memecahkan banyak masalah. Apakah isyarat perbezaan? In layman's terms, hujung pemandu menghantar dua isyarat nilai yang sama dan fasa bertentangan, dan akhir penerima menilai keadaan logik "0" atau "1" dengan membandingkan perbezaan antara dua tegangan. Pasangan wayar yang membawa isyarat perbezaan dipanggil wayar perbezaan. Bagaimana menghitung halangan garis perbezaan? Penghalangan bagi isyarat berbeza berbeza adalah berbeza, such as the D+ D- of USB, impedance garis berbeza adalah 90ohm, garis perbezaan 1394 adalah 110ohm, tengok pertama spesifikasi atau maklumat berkaitan. Terdapat banyak alat untuk menghitung impedance, seperti si9000 kutub. Faktor yang mempengaruhi kemudahan perbezaan termasuk lebar baris, jarak baris berbeza, dibenarkan dielektrik, and thickness of the medium (the thickness of the medium between the differential line dan reference surface). Secara umum, perbezaan disesuaikan. Penjarakan baris dan lebar baris untuk mengawal pengendalian perbezaan. Bila membuat papan, ia juga perlu menjelaskan kepada pembuat garis mana yang perlu mengawal impedance. Isyarat perbezaan adalah nilai nombor yang mewakili perbezaan antara dua kuantiti fizik. Terus bercakap, semua isyarat tekanan berbeza, kerana satu tekanan hanya boleh relatif dengan yang lain. Dalam beberapa sistem, sistem 'ground' digunakan sebagai titik rujukan tegangan. Apabila 'tanah' digunakan sebagai rujukan pengukuran tegangan, skema isyarat ini dipanggil satu-akhir. Kita gunakan istilah ini kerana isyarat diwakili oleh tekanan pada konduktor tunggal.

Salah satu keuntungan bagi isyarat perbezaan adalah bahawa isyarat kecil boleh mudah dikenali kerana anda mengawal tensi 'rujukan'. Dalam sistem dengan rujukan tanah, Skema isyarat satu-akhir, nilai isyarat diukur bergantung pada konsistensi 'ground' dalam sistem. The farther the signal source and the signal receiver are, semakin kemungkinan akan ada perbezaan antara nilai tekanan tanah tempatan mereka. The signal value recovered from the differential signal is largely independent of the value of 'ground', tetapi dalam jangkauan tertentu. A second benefit of differential signaling is that it is highly immune to external electromagnetic interference (EMI). Penyerang mempengaruhi setiap hujung pasangan isyarat berbeza hampir sama. Kerana perbezaan dalam tekanan PADSLOGIC dalam PADS menentukan nilai isyarat, mana-mana gangguan yang sama yang muncul pada dua konduktor akan diabaikan. Selain menjadi kurang sensitif kepada gangguan, isyarat berbeza menghasilkan kurang EMI daripada isyarat satu-akhir. Keuntungan ketiga isyarat perbezaan adalah pemasangan masa. Sejak perubahan bagi isyarat perbezaan ditempatkan di persimpangan dua isyarat, tidak seperti isyarat satu-akhir biasa yang bergantung pada tenaga ambang tinggi dan rendah untuk penghakiman, mereka kurang terkesan oleh proses dan suhu. Ia boleh mengurangi ralat masa dan lebih sesuai untuk sirkuit dengan isyarat amplitud rendah. The currently popular LVDS (low voltage differential signaling) refers to this small-amplitude differential signaling technology. Perbezaan tidak boleh mempertimbangkan percakapan salib, kerana hasil percakapan salib mereka akan dibatalkan bila diterima. Selain itu, perbezaan sepatutnya seimbang, dan selari hanya sebahagian dari keseimbangan. Saya fikir pasangan perbezaan sepatutnya masih diperlukan, untuk sepadan garis tunggal, walaupun ia sangat dewasa dalam teori, but the actual PCB circuit still has an error of about 5% (a material, I have not done it myself). Di sisi lain, garis perbezaan boleh dilihat sebagai sistem jalur diri, atau isyarat pada dua garis isyaratnya berkorrelasi. Jika sambungan terlalu longgar, ia boleh menyebabkan gangguan berbeza dari tempat lain. Untuk beberapa litar antaramuka, panjang sama pasangan perbezaan latihan Allegro adalah faktor penting dalam mengawal lambat baris. Jadi, Saya rasa garis perbezaan sepatutnya dipasang ketat. Untuk kebanyakan kelajuan tinggi semasa Papan PCBs, ia berguna untuk menjaga pasangan yang baik, tetapi saya harap anda tidak salah berfikir bahawa pasangan adalah syarat yang diperlukan untuk pasangan berbeza, yang kadang-kadang membatasi idea desain. Apabila membuat desain atau analisis kelajuan tinggi, tidak hanya perlu tahu bagaimana kebanyakan orang melakukannya, tetapi juga mengapa orang lain melakukannya, dan kemudian memahami dan memperbaiki berdasarkan pengalaman orang lain, dan terus berlatih kemampuan pemikiran kreatif mereka. Perpadanan diperlukan, tetapi sebab untuk sepadan bukanlah refleksi, tetapi untuk mengurangi darjah gangguan melintas. Jika pengurangan berkaitan dengan kaedah yang sepadan, jika perlawanan siri digunakan, ia tidak akan mempunyai kesan, tetapi jika kaedah pemadaman penghujung atau sambungan kuasa digunakan, disebabkan Cross-winding dikurangkan kerana impedance garis dua wayar dikurangkan...

Untuk enjin LAYOUT PCB, pemikiran adalah bagaimana untuk memastikan keuntungan laluan berbeza ini boleh digunakan sepenuhnya dalam laluan sebenar. Maybe anyone who has been in contact with Layout will understand the general requirements of differential routing, and the Papan PCB desain adalah "panjang sama, jarak yang sama". Panjang sama adalah untuk memastikan dua isyarat perbezaan mengekalkan polariti bertentangan setiap masa dan mengurangkan komponen mod umum; jarak yang sama adalah terutama untuk memastikan bahawa pengendalian perbezaan kedua-dua adalah konsisten dan mengurangkan refleksi. "Prinsip yang paling dekat mungkin" kadang-kadang adalah salah satu keperluan untuk laluan berbeza. Jejak berbeza juga boleh dijalankan dalam lapisan isyarat berbeza, tetapi kaedah ini biasanya tidak disarankan, kerana perbezaan dalam impedance dan unit synonyms for matching user input yang dijana oleh lapisan yang berbeza akan menghancurkan kesan transmisi mod berbeza dan memperkenalkan bunyi mod umum. Selain itu, jika dua lapisan bersebelahan tidak dipasang ketat, it will reduce the ability of the differential trace to resist noise, but if the proper spacing from the surrounding traces can be maintained, crosstalk bukanlah masalah. At general frequencies (below GHz), EMI tidak akan menjadi masalah serius. Eksperimen menunjukkan bahawa penindasan tenaga radiasi pada jarak 500Mil dari jejak perbezaan 3 meter jauhnya telah mencapai 60dB, yang cukup untuk memenuhi standar radiasi elektromagnetik FCC, jadi perancang tidak perlu terlalu risau mengenai ketidakkompatibiliti elektromagnetik disebabkan oleh penyambungan garis berbeza yang tidak cukup. Tetapi semua peraturan ini tidak ditakdirkan untuk menjadi retorik, dan banyak jurutera nampaknya tidak memahami sifat isyarat perbezaan kelajuan tinggi. Berikut fokus pada membincangkan beberapa kesalahpahaman umum dalam rancangan isyarat berbeza PCB. Ia dipercayai bahawa jejak perbezaan mesti sangat dekat. Menjaga jejak perbezaan dekat tidak lebih dari untuk meningkatkan pasangan mereka, yang tidak hanya boleh meningkatkan kekebalan terhadap bunyi, but also make full use of the opposite polarity of the magnetic field to offset electromagnetic interference to the outside world. Walaupun pendekatan ini sangat berguna dalam kebanyakan kes, ia tidak. Jika kita boleh memastikan bahawa mereka sepenuhnya dilindungi daripada gangguan luaran, maka kita tidak perlu mencapai anti-gangguan dan anti-gangguan melalui sambungan kuat antara 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 kuasa dua jarak. Secara umum, jarak baris melebihi 4 kali lebar baris. , gangguan antara mereka sangat lemah dan boleh diabaikan. Selain itu, pengasingan pesawat tanah juga boleh memainkan peran perlindungan yang baik. This structure is often used in the design of high-frequency (above 10G) IC package Papan PCBs. Ia dipanggil struktur CPW, which can ensure strict differential Impedance Control (2Z0). Pikirkan bahawa isyarat perbezaan tidak memerlukan pesawat tanah sebagai laluan kembali, atau berfikir bahawa jejak perbezaan menyediakan laluan kembali untuk satu sama lain. Kesalahan ini disebabkan oleh kebingungan oleh fenomena permukaan, atau pemahaman mekanisme penghantaran isyarat kelajuan tinggi tidak cukup dalam. Sirkuit berbeza tidak sensitif kepada lompatan yang sama dan isyarat bunyi lain yang mungkin ada di atas pesawat kuasa dan tanah. Pembatalan kembalian sebahagian pesawat tanah tidak bermakna litar perbezaan tidak menggunakan pesawat rujukan sebagai laluan kembalian isyarat. Sebenarnya, dalam analisis kembali isyarat, mekanisme laluan berbeza dan laluan biasa satu-akhir adalah sama, yang, isyarat frekuensi tinggi sentiasa kembali sepanjang gelung induktor, perbezaannya ialah selain dari pasangan ke tanah, garis perbezaan juga mempunyai sambungan antara satu sama lain. Siapapun pasangan yang kuat, yang satu menjadi jalan kembali utama. Pada Papan PCB Dalam rancangan sirkuit, sambungan antara jejak perbezaan biasanya kecil, sering hanya menganggap 10~20% darjah sambungan, dan lebih banyak pasangan ke tanah, jadi laluan kembalian utama jejak perbezaan masih wujud dalam pesawat tanah. Apabila pesawat tanah berhenti, di kawasan tanpa pesawat rujukan, sambungan antara jejak perbezaan akan menyediakan laluan kembalian utama, walaupun ketinggalan pesawat rujukan tidak mempunyai kesan pada jejak perbezaan. Ini serius., tetapi ia akan mengurangi kualiti isyarat perbezaan dan meningkatkan EMI, yang sepatutnya dihindari sebanyak mungkin. Beberapa desainer juga berfikir bahawa pesawat rujukan dibawah jejak perbezaan boleh dibuang untuk menekan sebahagian isyarat mod-umum dalam trasmis perbezaan, tetapi pendekatan ini tidak diinginkan secara teori. Bagaimana untuk mengawal impedance? Jangan menyediakan isyarat mod-umum. Gelung impedance tanah terikat menyebabkan radiasi EMI, Yang lebih menyakiti daripada kebaikan. Think maintaining equal spacing is more important than matching line lengths. Dalam Papan PCB bentangan, keperluan desain perbezaan sering tidak dipenuhi pada masa yang sama. Kerana faktor seperti distribusi pin, vias, dan ruang penghalaan, tujuan untuk sepadan panjang baris mesti dicapai melalui laluan yang sesuai, tetapi hasilnya mesti ialah beberapa kawasan pasangan perbezaan tidak boleh selari. Papan PCB Penghalaan berbeza Peraturan paling penting dalam rancangan adalah untuk sepadan panjang baris, dan peraturan lain boleh diproses secara fleksibel mengikut keperluan desain dan aplikasi praktik.