PCB Blogu - Gigabit Aygıt PCB Tahtası için Sinyal Integrity Tasarımı

Bunun uygulamasını PCB tahtası Bu sorunları çözmek için tasarlama araçları, deri etkisi ve dielektrik kaybı gibi, Viyatlar ve bağlantıların etkisi, farklı sinyal ve kabilin düşünceleri, elektrik dağıtımı, ve EMI kontrolü, etc.. İletişim ve bilgisayar teknolojisinin hızlı gelişmesi gigabit alanına hızlı hızlı PCB tasarımı getirdi.. Yeni hızlı aygıtların uygulaması, arka uçakta ve tek tahta böyle yüksek hızlı uzak mesafe iletişimi yapar.. Signal integrity issues (SI), güç bütünlüğü ve elektromagnet uyumluluğu sorunları da daha önemlidir..

Sinyal bütünlüğü sinyal hattındaki sinyal iletişiminin kalitesine benziyor.. Ana sorunlar yansıtmayı içeriyor., oscillation, zamanlama, Yer sıçraması ve karışık konuşma. Zavallı sinyal integritesi tek bir faktör tarafından sebep edilmiyor., fakat tahta düzeyi tasarımında faktörler birleştirerek. Gigabit ekipmanlarının PCB tasarımında, İyi sinyal integritet tasarımı mühendislerin komponentleri tamamen düşünmesini gerekiyor., iletişim hattı bağlantı taslağı, elektrik dağıtımı ve EMC aspektleri. Yüksek hızlı PCB tasarımı için EDA araçları temiz simülasyon doğrulamadan tasarım ve doğrulama kombinasyonuna gelişti., tasarımcılara, tasarımda olanları daha sonra tasarımda bulunmak yerine hatalardan kaçırmak için kuralları düzenlemeye yardım etmek için. Veri oranları arttığı ve tasarımlar daha karmaşık olur., yüksek hızlı PCB sistemi analiz araçları daha gerekli olur.. Bu araçlar zamanlama analizi içeriyor., sinyal integritet analizi, uzay parametrü tasarlama analizi, EMC tasarımı, güç sistemi stabillik analizi, ve daha fazla. . Burada gigabit aygıtlarının PCB tasarımında sinyal integritet analizinde düşünülecek bazı sorunlara odaklanacağız..

High Speed Devices and Device Models
Although the gigabit transmit and receive component suppliers will provide tasarlama information about the chip, Aynı zamanda, yeni cihazın sinyal bütünlüğünü anlamak için aygıt teminatçısı için bir süreç var., bu yüzden aygıt teminatçısı tarafından verilen tasarım rehberlerinin büyümesi olabilir, Birincisi, aygıt teminatçıları tarafından verilen tasarım sınırları genelde çok sert., tasarım mühendisinin tüm tasarım kurallarını uygulaması çok zor olacak.. Bu yüzden..., teminatçının s ınırlı kurallarını ve gerçek tasarımlarını analiz etmek için simülasyon analiz araçlarını kullanmak için sinyal integritet mühendislerinin, komponent seçimini inceleyin ve iyileştirin, topoloji, eşleşen şemalar, ve eşleşen komponentlerin değerleri, Sonunda sinyal integritesini sağlamak için çözümler geliştirir.. PCB düzeni ve rotasyon kuralları. Bu yüzden..., Gigabit sinyallerinin simülasyonu analizi çok önemli oldu., ve sinyal bütünlük analizi çalışmalarındaki cihaz model in in rolü daha fazla dikkat verildi..

Komponent modelleri genelde IBIS modelleri ve Spice modelleri dahil eder. Çünkü tahta seviyesi simülasyonu sadece çıkış tarafından sinyal tepkisini bağlantı sistemi aracılığıyla giriş pinlerine kadar önemsiyor., ve IC üreticileri cihazın içinde detaylı devre bilgilerini sızdırmak istemiyorlar., ve transistor seviyesi Spice modelinin simülasyon zamanı genellikle taşınabilir., bu yüzden IBIS modeli yüksek hızlı PCB'lerde kullanılır. Tasarım alanı daha fazla aygıt üreticileri ve bütünlük mühendisleri tarafından yavaşça kabul ediliyor..

Mühendisler genellikle gigabit aygıtları için PCB sistemlerini simüle etmek üzere IBIS modelinin güçlüğünü soruyorlar.. Aygıt transistor bölgesinde doğum ve kesilmiş bölgesinde çalıştığında, IBIS modeli geçici cevapın sınırlı bölgesini tanımlamak için yeterli detaylı bilgi eksik., ve IBIS modelinin simulasyonu yapılan sonuçlar transistor seviye modelinin yapabileceği cevap bilgilerini üretemez.. Ama..., ECL tür aygıtları için, transistor seviye modelinin simülasyon sonuçlarına uygun bir IBIS modeli elde edilebilir.. Neden çok basit.. ECL sürücü transistor bölgesinde çalışıyor., ve çıkış dalga formu ideal dalga formuna yakın. IBIS standartlarına göre, yaklaşık bir IBIS modeli.

Veri aktarma hızı arttığı zaman, ECL teknolojisinin temel olarak geliştirilen farklı aygıtlar çok geliştirildi.. LVDS standarti ve CML, diğerleri arasında, Gigabit sinyal iletişimi mümkün kıldı.. Yüksek tartışmalardan görülebilir, IBIS standarti devre yapısı ve uyumlu farklı teknoloji uygulaması nedeniyle gigabit sistemlerin tasarımına hala uyumlu.. Bu da IBIS modellerini 2'ye uygulayan bazı yayınlanan kağıtlarda gösterildi..5Gbps LVDS ve CML tasarımları. IBIS modeli aktif devreleri tanımlamak için uygun değildir., kaybeden ödüllendirmek için birçok Gbps cihazı için uygun değildir.. Bu yüzden..., gigabit sistemi tasarımında, the IBIS model works effectively only if:
1. Differential devices operate in the amplification region (linear V-I curve)
2. Device does not have active pre-emphasis circuitry
3. The device has a pre-emphasis circuit but is not enabled (with a short interconnect system enabling pre-emphasis may lead to worse results)
4. Aygıtlar pasif ön empati devreleri var., Ama devreyi ayrılabilir.. Veri hızı 10Gbps veya yukarıda olduğunda, çıkış dalga formu sinus dalgası gibi, ve Spice modeli daha uygulanabilir..

Loss effect
When the signal frequency increases, iletişim hattındaki yenileme ihmal edilemez. Şu an, Sıradaki yöneticinin eşit dirençliğinden ve ortamın eşit davranışlarını paralel olarak kabul etmesi gerekiyor., ve kaybedecek transmis hattı modeli analiz için kullanılması gerekiyor..

Kayıp iletişim hattının ekvivalent modeli 1. Şekil olarak gösterilir.. G örünüşe göre, eşit seri dirençliği R ve eşit paralel davranışı G'nin kaybı karakterizlemek için kullanılır.. Ekvivalent seri dirençliği R DC dirençliği ve deri etkisi tarafından sebep olan dirençliğidir.. DC dirençliği kendi yöneticinin dirençliğidir., yöneticinin fiziksel yapısı ve yöneticinin dirençliği tarafından belirlenmiş. Frekans arttığında, deri etkisi çalışmaya başlar.. Deri etkisi, yöneticide sinyal akışı yöneticinin yüzeyine konsantre edildiği bir fenomendir. Yüksek frekans sinyali yönetici tarafından geçtiğinde. Yöneticinin içinde, yönetici karşılık bölümü boyunca sinyal ağır yoğunluğu, ve şimdiki yoğunluğun 1'e kadar/orijinal e deri derinliği denir. Frekans daha yüksek, Derin derinliğini daha küçük, yöneticinin direksiyonu arttırdığı. Derin derinliği frekansların kare köküne tersi tersi proporsyonudur..

Equivalent parallel conductance G is also called dielectric kaybı (Dielectric Loss). Düşük frekanslarda, ekvivalent paralel davranışlar ortamın büyük davranışlığı ve eşit kapasitesi ile bağlantılı., frekans arttığı sürece, dielektrik kaybetme açısı. Şu an, dielektrik davranışlığı dielektrik kaybetme açısı ve sinyal frekansı tarafından belirlenir.. Genelde konuşuyor., frekans 1GHz'den az olduğunda,, deri etkisi kaybının, ve frekans 1GHz'in üstünde, dielektrik kaybı. Dijelektrik konstantı, dielektrik kaybetme açısı, yönetici süreci ve kesilme frekansı simülasyon yazılımında ayarlanabilir.. Yazılım simülasyon sırasında transmission hatının yapısına göre deri etkisini ve dielektrik kaybını düşünecek.. Görüntüleme simülasyonunda, sinyal genişliğine göre uygun kesme frekansiyonunu ayarlayın. Band genişliği sinyal kenar hızı ile belirlenmiştir.. 622MHz sinyalleri 2'den çok farklı değildir..5GHz sinyal kenar oranları. Ayrıca, aynı şekilde kaybeden iletişim hattı modelinde görülebilir.. Saldırı ve davranışlar frekans ile değişir..

Effects of Vias and Connectors
The vias transmit the signal to the other side of the board. Tahtalar arasındaki dikey metal parçası kontrol edilemez bir impedans., Ve yatay yönden dikey yönden bir kırım noktası, yanlış bir şekilde, ve görüntüsü küçük olmalı.. Gigabit sistemi tasarlama simülasyonunda, hayatların etkisini, bir model aracılığıyla. Araştırmanın modeli yapısı bir seri dirençli R formuydur., L ve paralel kapasitör C. Özel uygulama ve tam ihtiyaçlarına göre, Çeşitli RLC yapıları paralel olarak kullanabilir, ve diğer yöneticilerle birleşmesi. Şu an, modelde bir matris. Model aracılığıyla alabilmek için iki yol var., TDR gibi testi yaparak, and the other can be extracted by the 3D field extractor (Field Solver) according to the physical structure of the via. Model parametreleri ile PCB materyaliyle bağlantılıyor., stackup, kalın, pad/antipad ölçüsi, ve bununla bağlantılı kablolar. Simülasyon yazılımında, farklı parametreler tam ihtiyaçlarına göre ayarlanabilir, Yazılım, uyumlu algoritme göre deliğin modelini çıkaracak ve simülasyon sırasında etkisini düşünecek..

Gigabit sisteminin PCB tasarımında, bağlantısının etkisi özellikle düşünmeli. Şimdi yüksek hızlı bağlantı teknolojisinin geliştirilmesi sinyal iletişim sırasında impedans ve yeryüzü uçağının sürekli devamlığını sağlayabilir.. Tasarımdaki bağlantıcının simülasyonu analizi genellikle çok satır modeli kullanılır.. Çok satırlı bir bağlantı modeli, üçboyutlu uzaydaki pinler arasındaki induktif ve kapasitet bağlantısını düşünerek çıkarılan bir modeldir.. Birçok satır modeli genellikle RLGC matrisini çıkarmak için üç boyutlu alan çıkarıcı kullanır, genelde bir Spice modeli altdevre şeklinde. Modelin karmaşık yapısı yüzünden, Çıkarma ve simülasyon analizi için uzun zaman alır.. SpecctraQuest yazılımında, Konektörün Spice Modeli Espice modeline düzenlenebilir., bu aygıtlara verilebilir veya doğrudan arayabilir, veya DML format ında bir paket modeli olarak düzenlenebilir ve kullanılacak aygıta takdir edilebilir.

Differential Signaling and Routing Considerations
Differential signal has the advantages of strong anti-interference and high transmission rate. Gigabit sinyal iletişimi içinde, kısıtlık konuşmasının ve EMI etkisini daha düşürebilir.. Onun birleşme formları sınır birleşmesi ve yukarı birleşmesi dahil., serbest bağlantı ve sıkı bağlantı. Üst ve aşağı bağlantıyla karşılaştırıldı, sınır birleşmesi, karşılaştırma konuşmasının daha iyi düşürmesinin avantajları var., uygun düzenleme, ve basit işleme. Üst ve aşağı bağlantı sık sık olarak uygulanır. PCB tahtasıs yüksek s ürükleme yoğunluğuyla. Açık bağlantıyla karşılaştırıldı., sıkı bir bağlantı daha iyi karşılaşma yeteneğini ve karşılaştırma konuşmasını düşürebilir., ve serbest bir bağlantı farklı izler impedansının devamlığını daha iyi kontrol edebilir. Özellikle farklı yönlendirme kuralları impedance sürekliliğinin etkilerini düşünmeli., loss, crosstalk, ve farklı durumlara göre uzunluğun farklılıklarını izler.. Çeşitli hatlar simülasyon sonuçlarını analiz etmek için göz diagramlarını kullanır. Simülasyon yazılımı göz diagram ını oluşturmak için rastgele sıralama kodu ayarlayabilir., Göz diagram ına etkilerini analiz etmek için dört ve offset parametrolarını girebilir..

Power Distribution and EMC
The increase in data transfer rates, daha hızlı sınır oranlarının yanında, daha geniş frekans grubun üzerinde güç sağlamlığı gerekiyor.. Yüksek hızlı bir sistem 10A'nin geçici bir akışını geçebilir ve 50mV'nin güç sağlaması gerekebilir., Yani elektrik dağıtım a ğının be ş frekans menzilinde 5 mΩ içinde olması gerektiğini anlamına geliyor.. Örneğin, sinyalin yükselmesi 0'dan az.5ns, bu durumda. Band genişliği 1'e kadar..0GHz. Gigabit sistemlerinin tasarımında, it is necessary to avoid the interference of synchronization noise (SSN) and ensure that the power distribution system has a low impedance in the bandwidth range. Genelde, düşük frekans grubunda, İmpadansı azaltmak için kapasitörleri ayrılmak için kullanılır, ve yüksek frekans grubunda, elektrik teslimatının ve toprak uçağının. 4. görüntü, impedans değişikliklerinin frekans cevap çizgisini enerji ve yerel uçak katlarının kapasitelerini ayırmadan.

SpecctraQuest yazılımı paket yapısı tarafından sebep olan sinkron sesin etkisini analiz edebilir. The Power Integrity (PI) software uses the frequency domain to analyze the power distribution system, ki kapasitörlerin sayısını ve yerini etkili olarak analiz edebilir, güç ve toprak uçaklarının etkisi. Mühendisler kapasitör seçimi ve yerleştirme yapıyor, routing, planlı dağıtım analizi.

EMC Elektromagnetik İşbirliği demektir, Sonuç sorunları elektromagnet radyasyonu ve elektromagnet radyasyonuna karşı duyarlıklı olan. Onun en önemli sebebi devre operasyon frekansı çok yüksektir ve düzenleme ve sürücü mantıksız.. Şu anda, EMC simülasyonu için yazılım araçları var., ama EMC sorunları birçok elektromagnet sebeplerinden sebep olabilir. Simülasyon parametroları ve sınır koşullarını ayarlamak zor., simülasyon sonuçlarının doğruluğuna ve pratik olabileceğine doğrudan etkileyecek. Her dizaynın bağlantısına EMC kontrol eden tasarlama kurallarını uygulamak., tasarımın her bağlantısında kural yönlendirilmiş ve kontrol etmek için, tasarımın teste edildiğinden sonra, yeni kurallar oluşturulabilir ve yeni kurallara uygulanabilir PCB tahtası design.