Teknik PCB - Model IBIS teknologi PCB mempelajari masalah isyarat

Mengenai penggunaan spesifikasi maklumat penimbal input/output digital (IBIS) model simulasi dalam fasa pembangunan papan sirkuit cetak (PCB). Artikel ini menggambarkan bagaimana menggunakan model IBIS untuk mengekstrak beberapa pembolehubah penting untuk pengiraan integriti isyarat dan menentukan penyelesaian desain PCB.

Sila perhatikan nilai ekstrak ini adalah bahagian integral model IBIS.

Masalah integriti isyarat Apabila memerhatikan isyarat digital pada kedua-dua hujung garis penghantaran, perancang akan terkejut dengan keputusan apabila isyarat dipandu ke jejak PCB. Dalam kes jarak relatif panjang, isyarat elektrik lebih seperti gelombang perjalanan daripada isyarat perubahan seketika. Simulasi baik perilaku gelombang di papan sirkuit adalah CHICHENGPO (gelombang di kolam renang). Oleh kerana dua kumpulan volum air yang sama mempunyai "impedance" yang sama, ribple melepasi dengan lancar melalui kolam renang. Namun, perbezaan impedance dinding sel adalah jelas, dan gelombang tersembunyi dalam arah yang bertentangan. Isyarat elektrik yang disuntik ke dalam jejak PCB akan mempunyai fenomena yang sama. Apabila ketidakpadanan impedance berlaku, fenomena ini diselarang dengan cara yang sama. Figure 1 menunjukkan peranti PCB dengan impedance akhir yang tidak sepadan. Pemegang mikro TI MSP430 ⢢ menghantar isyarat jam ke TI ADS8326 ADC, yang menghantar data penukaran kembali ke MSP430. Figure 2 menunjukkan refleksi disebabkan oleh ketidaksepadan impedance dalam peranti. Refleksi ini menyebabkan masalah integriti isyarat pada jejak garis transmisi.

Membenarkan perlawanan jejak PCB yang sepadan pada satu atau kedua-dua hujung boleh mengurangi refleksi.

f Untuk menyelesaikan masalah perlawanan sistem dan persamaan perlawanan, para desainer perlu memahami ciri-ciri impedance sirkuit terintegrasi (ICS) dan ciri-ciri impedance jejak PCB yang bertindak sebagai jejak transmisi.

Selepas memahami fungsi ini, desainer boleh model setiap unit sambungan sebagai garis trasmis yang disebarkan. Garis pemindahan menyediakan pelbagai perkhidmatan sirkuit, dari peralatan terminal yang berakhir satu dan berbeza ke peralatan output pembukaan-drain. Artikel ini terutama memperkenalkan garis penghantaran satu-akhir, pemacunya mempunyai rancangan sirkuit output tolak-tarik.

Selain itu, spesifikasi IC PIN berikut diperlukan:

Keperlawanan output penghantar ZT (Omega)

Masa naik penghantar tWaktu naik dan jatuh tFall (saat)

Penerima perlawanan input ZR (Omega)

Nilai kapasitasi pin penerima CR_Pin (F) Spesifikasi ini biasanya tidak dalam manual produk penghasil IC.

Seperti yang akan dibincangkan dalam artikel ini, semua nilai ini boleh dicapai melalui model IBIS IC semasa rancangan PCB dan menggunakan model untuk simulasi trajektori penghantaran PCB.

Guna parameter berikut untuk takrifkan pengesan trak:

Impedansi karakteristik Z0 (Omega)

Lengahan propagasi D (ps/inci)

Mengejar keterlaluan penyebaran tD (PS)

Panjang trek LENGTH (inci) Bergantung pada reka PCB khusus, senarai pembolehubah mungkin lebih panjang. Contohnya, rancangan PCB boleh mempunyai pesawat belakang dengan titik penghantaran/penerimaan berbilang. 3 Semua laluan garis penghantaran bergantung pada PCB spesifik. Secara umum, julat Z0 papan FR-4 adalah 50 hingga 75 ohms, dan julat D adalah 140 hingga 180ps/inci. Nilai sebenar Z0 dan D bergantung pada saiz bahan dan fizik trek penghantaran sebenar.

4 Lembatan penyebaran baris papan litar tertentu boleh dihitung sebagai berikut: TD = dxlength.

(1) Untuk papan FR-4, lambat pembangunan yang masuk akal bagi garis linear (lihat Figure 4) adalah 178 ps/inci, dan impedance karakteristik adalah 50 ohms.

Dengan mengukur induktansi wayar dan kapasitasi jejak dan memasukkan nilai ini ke dalam formula berikut, kita boleh sahkan hasil ini pada papan sirkuit: CTR adalah kapasitasi garis pengesan kelajuan wayar dalam farad/inci; LTR adalah untuk kesenangan/inci Units of line inductance; ps/inci adalah konstan dielektrik udara; Dan ER ialah konstan dielektrik bahan.

Contohnya, jika kapasitor garis papan penyiaran gelombang mikro ialah 2.6pF/inci, induktan garis ialah 6.4nH/inci, dan D=129ps/inci, Z0=49.4Ω.

Comparison of Aggregate Circuits and Distributed Circuits Once the transmission line has been defined, the next step is to determine whether the circuit layout represents a aggregated system or a distributed system. Secara umum, saiz sistem agregasi adalah kecil, dan sirkuit yang disebarkan memerlukan lebih ruang papan. Sirkuit kecil mempunyai panjang efektif (LENGTH), dan isyaratnya lebih kecil daripada karakteristik elektrik yang paling cepat.

Untuk menjadi sistem agregasi berkualifikasi, litar pada PCB mesti memenuhi keperluan berikut:

(5) Di antara mereka, tRise adalah masa naik dalam saat. Selepas litar agregasi dilaksanakan pada PCB, strategi penghentian bukan masalah.

Pada dasarnya, kita menganggap bahawa isyarat pemacu yang dihantar ke garis pemancaran mencapai penerima segera.

Struktur organisasi data model IBIS berdasarkan julat tenaga bekalan kuasa IC. Model IBIS mengandungi 3 atau 6 atau 9 data sudut. Pembolehubah yang menentukan sudut ini adalah proses silikon 1, tenaga bekalan kuasa, dan suhu persatuan. Sudut SPICE proses/tekanan/suhu spesifik (PVT) bagi model peranti adalah kritik untuk mencipta model IBIS yang tepat. Nilai berbeza, proses silikon berbeza, dan model yang dicipta lemah dan kuat. Penjana menentukan tetapan tekanan mengikut keperluan kuasa komponen, dan mengubahnya antara nilai nilai, nilai minimum dan nilai maksimum.

Akhirnya, mengikut julat suhu nominal komponen, konsum kuasa nominal dan persatuan pakej dan perlahan suhu persekitaran, iaitu θJA, menentukan tetapan suhu persatuan silikon komponen. Jadual 1 menyediakan contoh dari tiga pembolehubah PVT dan hubungan mereka dengan proses CMOS pengukuran biopotensi 24-bit TI ADC ADS129x siri. Pembolehubah ini digunakan untuk melaksanakan enam simulasi SPICE. Simulasi pertama dan keempat menggunakan model proses bernilai, tenaga bekalan kuasa bernilai dan suhu sambungan pada suhu bilik. Kedua simulasi kedua dan kelima menggunakan model proses lemah, tenaga bekalan rendah dan suhu junction tinggi. Simulasi ketiga dan keenam menggunakan model proses yang berkuasa, tenaga bekalan yang lebih tinggi dan suhu junction yang lebih rendah.

Hubungan antara nilai PVT memetakan sudut optimal proses CMOS.

Cari dan/atau kira spesifikasi penghantar Spesifikasi penghantar yang dinyatakan untuk penilaian integriti isyarat termasuk impedance output (ZT) dan masa naik (tRise dan tFall, berdasarkan itu). Figur 5 menunjukkan pakej TI ADS1296 ads129x.ibs, yang senaraikan fail model IBIS sendiri. 5 Nilai yang digunakan untuk menghasilkan impedance dipaparkan dibawah kata kunci [Pin], yang juga ada dalam model penimbal (tidak dipaparkan).

Masa penolakan ditempatkan dalam bahagian sementara senarai data model IBIS. Impedansi pins input dan output Pin impedance mana-mana isyarat ditambah ke impedance model oleh induktansi pakej dan kapasitasi. Dalam Gambar 5, kata kunci "[Komponen]", "[Pembuat]" dan "[Pakej]" menggambarkan pakej tertentu, PBGA 64-pin (ZXG). Induktan pakej dan kapasitasi pin tertentu boleh ditemui di bawah kata kunci "[Pin]". Contohnya, pada pin 5E, anda boleh cari nilai isyarat GPIO4, L_pin dan C_pin.

Nilai L_pin (induktansi pin) dan C_pin (kapasitasi pin) bagi isyarat dan pakej adalah 1.4891 nH dan 0.28001 pF, respectively. Nilai kapasitasi penting kedua adalah kapasitasi silikon, iaitu C_comp. Nilai C_comp boleh ditemui dibawah kata kunci "[Model]" dalam senarai model DIO_33 fail Ads129x.ibs (lihat Figur 6). C_comp dalam model ini adalah kapasitasi penimbal DIO, dan tekanan pin bekalan kuasa ialah 3.3V. Simbol "[UNK]" mewakili komen; Oleh itu, nilai C_comp efektif senarai ini ialah 3.0727220e-12 F (nilai biasa), 2.3187130e-12 F (minimum) dan 3.8529520e-12 F (maksimum), penjana PCB boleh memilih dari mereka.

Menggunakan IBIS untuk merancang garis penghantaran Dalam artikel ini, PCB dengan impedance akhir yang tidak sepadan dibahas sebagai titik permulaan. Selepas itu, kilang PCB belajar melalui model IBIS dan menemukan beberapa komponen kunci masalah penghantaran ini. Dalam hal ini, sepatutnya ada penyelesaian untuk masalah ini.

Papar strategi pembetulan penghentian dan papar bentuk gelombang yang betul. Jika anda mahu merancang garis penghantaran PCB, langkah pertama adalah untuk mengumpulkan maklumat dari manual produk PCB. Langkah kedua ialah untuk memeriksa model IBIS dan mencari beberapa parameter yang tidak boleh dicapai dari spesifikasi input/output impedance, masa bantuan, dan kapasitasi input/output. Apabila memasuki tahap perkakasan, kita perlu menggunakan model IBIS untuk mencari beberapa spesifikasi produk kunci dan simulasi rancangan akhir.