PCB Блог - элементы конструкции сигнала LVDS на панели печатная плата

Конструкция LVDS-сигнала на панели pcb это не просто разностный сигнал, но и высокоскоростной цифровой сигнал.Поэтому независимо от того, используется ли в качестве среды передачи LVDS провод или кабель панели PCB,необходимо принять меры для предотвращения отражения сигнала от медиатерминала, уменьшить электромагнитные помехи, чтобы обеспечить целостность сигнала.Если мы учитываем эти элементы при монтаже, то проектирование панели с большой разностью цепей не представляет сложности. 

Ниже кратко описаны моменты проектирования сигналов LVDS на печатной плате: 

Компоновка в многослойную плату Печатные платы с сигналами LVDS обычно компонуются в виде многослойной платы.Поскольку сигнал LVDS является высокоскоростным сигналом, соседний слой должен быть нижележащим слоем для экранирования сигнала LVDS во избежание помех.Плата низкой плотности,если позволяют физические условия, размещает сигналы LVDS и другие сигналы на разных слоях.Например,на четырех этажах слои обычно располагаются следующим образом:слой сигналов LVDS, слой земли, слой питания и слой других сигналов. 

Расчет и контроль импеданса LVDS-сигнала.Амплитуда колебаний напряжения LVDS-сигнала составляет всего три50 мВ, что подходит для работы дифференциального сигнала с токовым приводом.Чтобы гарантировать,что на сигнал не влияет отражатель при распространении по линии передачи, необходимо контролировать общий импеданс линии передачи, а дифференциальный импеданс обычно составляет 100 +/- 10 ©. Качество контроля импеданса напрямую влияет на целостность и задержку сигнала.

1.Как контролировать импеданс панели печатная плата?

Определение разводки, расчет параметров и импедансов. LVDS подразделяется на дифференциальный режим микрополосковой линии внешнего слоя и дифференциальный режим полосковой линии внутреннего слоя. можно рассчитать импедансы, задав рациональные параметры и используя соответствующее программное обеспечение. В результате расчета значение импеданса прямо пропорционально толщине изолирующего слоя и обратно пропорционально диэлектрической проницаемости, толщине и ширине провода.

После определения ширины и расстояния между линиями, расстояние между двумя линиями всегда должно быть постоянным. После определения ширины линии и расстояния между ними, рассчитанные ширина и расстояние должны строго соблюдаться при подключении, а расстояние между двумя линиями всегда должно поддерживаться постоянным, то есть они должны быть параллельными (можно разместить рисунок). одновременно, принцип плотной связи соблюдается при расчете ширины линии и расстояния между ними, то есть дифференциальное расстояние между линиями меньше или равно ширине линии. Когда две дифференциальные сигнальные линии находятся очень близко, направление тока передачи, магнитные поля отменяют друг друга, взаимодействие электрического поля, а электромагнитное излучение намного меньше. Кроме того, два провода должны находиться на одном этаже, чтобы избежать ламинированной проводки. Поскольку при фактической обработке панели печатной платы степень расслоения в слое гораздо ниже, чем точность травления в том же слое, диэлектрические потери в процессе расслоения не гарантируют, что расстояние между разностными линиями равно толщине межслойной среды, что приведет к изменению дифференциального импеданса дифференциальной пары между слоями.

Для обеспечения качества сигнала трассировка дифференциальной пары LVDS должна быть как можно короче и прямее, уменьшите количество отверстий в проводе, избегайте перемотки дифференциального провода и перенапряжения витков. Старайтесь использовать дугу 45° или избегайте поворотов на 90°. 

Выбор способов прокладки пар LVDS между парами дифференциальных линий не ограничен. Можно использовать микрополоски и ленты, но при этом необходимо учитывать наличие хорошей опорной плоскости. Расстояние между дифференциальными линиями не должно быть слишком маленьким и должно быть не менее 3-5 раз больше расстояния между дифференциальными линиями. При необходимости добавьте изоляцию отверстия заземления между различными парами дифференциальных линий, чтобы предотвратить взаимные наводки. везде, где это возможно, сигналы LVDS отделяются от других сигналов. Дифференциальные сигналы LVDS нельзя разделять по плоскостям. 

Хотя два разностных сигнала возвращаются друг к другу, перекрестная сегментация не отсекает возврат сигнала, но линия передачи через сегментацию будет вызывать разрыв импеданса из-за отсутствия опорной плоскости (как показано на рисунке, где GND1 и GND2 примыкают к плоскости LVDS Ground). расстояние между согласующим импедансом приемного конца и приемным выводом должно быть как можно ближе. В то же время, точность согласования импеданса. топологии «точка-точка», импеданс трассы обычно контролируется на 100Ω, но согласование импеданса может быть скорректировано в соответствии с фактической ситуацией. импеданс 1 - 2%. Потому что, согласно опыту, 10% несоответствие импеданса будет иметь 5% отражения.

2.Анализ моделирования последовательного сигнала LVDS

Выше рассмотрены вопросы, на которые следует обращать внимание при проектировании сигналов LVDS. Хотя эти правила обычно соблюдаются при проектировании печатных плат, для повышения корректности и точности проектирования необходимо смоделировать полный сигнал на печатной плате с помощью симуляции. Получение перекрестных помех, задержки, отражения и формы волны сигнала позволяет достичь цели правильного проектирования. Процесс моделирования проблемы целостности сигнала заключается в том, что сначала создается имитационная модель компонентов, затем проводится предварительное моделирование, определяются параметры процесса маршрутизации и сопутствующие условия. На этапе физической реализации разрабатывается конструкция в соответствии с ограничениями, а после моделирования проверяется, удовлетворяет ли конструкция требованиям дизайна. Характер модели во всем процессе напрямую влияет на результаты моделирования, метод моделирования, используемый на этапе предварительного и последующего моделирования, также важен для результатов моделирования, и в данном проекте используется более высокая степень специи модели. процесс реализации моделирования в данном проекте описан ниже в сочетании с практическим проектом.

2.1 настройка стека панельной печатной платы

Из приведенного выше анализа известно, что параметры укладки батареи на панельной печатной плате тесно связаны с сопряжением сигнала и расчетом импеданса. Поэтому перед проектированием печатной платы панели необходимо выполнить проектирование стека, а затем произвести расчет импеданса сигнала.

2.2 Установка значения напряжения постоянного тока

Этот шаг в основном предназначен для задания значения постоянного напряжения для определенных сетей (обычно это силовая земля, сортировка), определения постоянного напряжения, которое должно быть приложено к сети, для выполнения эмуляции EMI необходимо определить один или несколько источников напряжения. Эти значения напряжения включают информацию об опорном напряжении, используемую моделью в процессе моделирования.

2.3 Настройки устройства

В процессе моделирования Allegro разделила оборудование на три категории: ИС, разъемы и дискретные устройства (конденсаторы сопротивления и т.д.), Allegro будет распределять аналоговые свойства по типам устройств, дискретных устройств и контактов разъемов Атрибутом является UPSPEC, Свойствами контактов ИС могут быть, выход, BI и т.д.

2.4 Распределение моделей

Основные модели, используемые в процессах моделирования высокоскоростных панельных печатных плат на уровне платы, включают модель устройства и модель линии передачи. Модель устройства обычно предоставляется производителем устройства. В случае быстрого последовательного сигнала мы используем модель SPICE с более высокой точностью для проведения анализа моделирования. Модель линии передачи была создана с помощью программного обеспечения для моделирования. Когда сигнал передается, линия передачи будет подчеркивать проблему целостности сигнала, поэтому способность программного обеспечения для моделирования моделировать линию передачи напрямую влияет на результат моделирования.

2.5 Проверка СИ

Функция проверки СИ используется для проверки того, можно ли извлечь для анализа конкретную сеть или группу сетей. В целом, мы должны сосредоточиться на проектировании высокоскоростных сетей. В основном это проектирование последовательных сигналов LVDS.

2.6 Извлечение топологии сети

Извлеките топологическую структуру интересующего сигнала из печатной платы панели, обычно включающую как драйвер, так и приемную часть, а также линию передачи и соответствующие согласующие резисторы и конденсаторы. из топологической структуры видно, что сеть проходит через эти пути, которые будут вызывать влияние передачи сигнала. В данной статье в качестве примера рассматривается топологическая схема сети только одного из сигналов: как показано на рисунке 4:

2.7 Просмотр формы волны

После выполнения всех вышеперечисленных шагов можно приступить к аналогии. Allegro может выполнять моделирование отражения сигнала, моделирование перекрестных помех, а также разностный анализ. Разумеется, эмуляция делится на предварительную и последующую. При использовании allegro для проектирования панелей печатных плат необходимо в реальном времени модифицировать дизайн на основе результатов моделирования, чтобы удовлетворить потребности. Поскольку процесс моделирования сложен, а его этапы громоздки, я не буду их описывать. При соединении дифференциальной пары следует обратить внимание на два момента. Длина двух линий должна быть как можно больше, а равная длина должна гарантировать, что два дифференциальных сигнала всегда противоположны. Уменьшение полярности сополимерных элементов. Еще один момент - расстояние между двумя линиями (оно определяется дифференциальным сопротивлением) должно всегда оставаться постоянным, то есть должно быть параллельным. Существует два способа параллельности: первый - два провода идут по одной стороне, второй - два провода идут по двум соседним слоям сверху и снизу (over-under). 

Как правило, первый вариант имеет больше реализаций side-by-side. эквидистантное расстояние предназначено в основном для обеспечения одинакового дифференциального импеданса между ними и уменьшения отражения. Метод подключения дифференциальной пары должен быть близким и параллельным. так называется потому, что это расстояние влияет на величину дифференциального импеданса, который является важным параметром при проектировании дифференциальных пар. необходимость параллельности также необходима для обеспечения согласованности дифференциальных импедансов. Если две линии вдруг окажутся далеко и близко, дифференциальный импеданс будет несогласованным, что повлияет на целостность сигнала и временную задержку. диаграмма с аналоговыми параметрами, дифференциальный импеданс дифференциальной пары и целостность сигнала могут быть проанализированы. ниже приведены смоделированные формы сигнала основных сигналов в этом проекте для пояснения. Из легенды моделирования Рисунок 5 видно, что индекс деградации S11 в частотной области 0-3.0GHZ: ниже -16.770db, а S22 (розовая кривая) не хуже -17db. Это говорит о том, что дифференциальный импеданс дифференциальной пары близок к расчетному показателю, и целостность сигнала гарантирована.

3.Заключение

Благодаря приведенному выше анализу моделирования можно сделать вывод, что различные требования к высокоскоростным LVDS-сигналам могут быть удовлетворены на этапе проектирования панели печатной платы, а фактическое производство панели также доказало правильность конструкции. Продукт работает стабильно и полностью соответствует требованиям PCI- Express к высокоскоростной передаче данных и высокой надежности. Из анализа, проведенного в этой статье, видно, что при проектировании высокоскоростных серийных сигналов, рассмотреть не только схему, не менее важны дизайн схемы платы и анализ моделирования, с ростом частоты сигнала влияют задержка и перекрестные помехи сигнала. Такие факторы, как целостность сигнала и целостность сигнала, становятся все более сложными. В то же время, все труднее контролировать влияние этих факторов. Инженер должен тщательно проанализировать проект монтажа проводов, используемые модели, эффективные методы моделирования и научного анализа, чтобы обеспечить правильное руководство по проектированию сложных высокоскоростных панелей печатных плат и сократить цикл коррекции для обеспечения успешного проектирования.