PCB Blogu - Yüksek Hızlı Dijital PCB Tahtası Sinyal Integrity için Tasarım Yöntemi

Bu kağıt, sinyal integritet analizine dayanan yüksek hızlı bir dijital sinyal PCB tahtası için tasarlama metodu tanıtır. İlk olarak bu tasarım metoduyla, PCB tahta seviyesindeki sinyal gönderme modeli bütün yüksek hızlı dijital sinyaller için kurulacak, sonra tasarım çözüm alanı sinyal integritesinin hesaplaması ve analizi ile bulunacak ve PCB tahtası çözüm alanının temel olarak tamamlanacak. tasarlama ve doğrulama.

Tümleşik devrelerin çıkış değiştirme hızının arttığı ve PCB yoğunluğunun arttığı ile sinyal integritesi yüksek hızlı dijital PCB tahtalarının tasarımında endişelenen sorunlardan biri oldu. Factors such as the parameters of components and PCB boards, the layout of components on the PCB board, and the wiring of high-speed signals can cause signal integrity problems, resulting in unstable system operation, or even no work at all. PCB tasarım sürecinde sinyal integritet faktörünü nasıl tamamen düşüneceğiz ve etkili kontrol önlemlerini alıp bugün PCB tasarım endüstrisinde sıcak bir tema oldu. Yüksek hızlı dijital PCB tasarım yöntemi bilgisayar bütünlüğünün analizi üzerinde tabanlı sinyal bütünlüğünün PCB tasarımının sinyal bütünlüğünü etkili anlayabilir.

1. Signal Integrity Problemlerin Görüntü

Sinyal bütünlük (SI) bir devredeki doğru zamanlama ve voltajla cevap vermek için sinyal yeteneğini gösterir. Eğer devredeki sinyaller gerekli zamanlama, uzunluğu ve voltaj amplitosuyla IC'ye ulaşabilirse, devre iyi sinyal büyüklüğü vardır. Conversely, a signal integrity problem occurs when the signal does not respond properly. Çok açık konuşurken, sinyal integritet sorunları genellikle beş bölgede gösterilir: gecikme, yansıtma, karıştırma sesi, aynı zamanda değiştirme sesi (SSN) ve elektromagnet uyumluluğu (EMI). Bu gecikme, sinyalin PCB tahtasının kabloları üzerinde sınırlı hızla yayıldığını anlamına gelir. Sinyal gönderici tarafından alıcıya gönderildi ve aralarında bir gönderme gecikmesi var. Sinyalin geçirmesi sistemin zamanlama etkisi olacak. Yüksek hızlı dijital sistemlerinde, propagasyon gecikmesi genellikle kablo uzunluğuyla ve kablo çevresindeki ortamın dielektrik konstantiyle belirlenmiştir. Ayrıca, PCB'deki telin özelliğin in (yüksek hızlı dijital sistemdeki transmis çizgisinin adı) yük impedansı ile eşleşmediğinde, sinyal alınan sonuna ulaştıktan sonra enerjinin bir parçası transmis çizgisinin boyunca refleks edilecek, sinyal dalga formunu bozuluyor ve hatta sinyal a şağıya çıkıp ateş edilecek. Eğer sinyal yol hattına geri dönerse, çalar ve çalar neden olabilir. PCB'deki her iki cihaz ya da kablo arasında karşılaştırma kapasitesi ve karşılaştırma etkisi vardır. Bir cihaz ya da bir kablo değişikliklerinde sinyal olduğunda, değişiklikleri karşılaştırma kapasitesi ve karşılaştırma yoluyla diğer cihazlar ya da diğer cihazlar etkileyecek. kablo, bu karışık konuşma. The strength of crosstalk depends on the geometry and mutual distance of the device and wires.

PCB'deki birçok dijital sinyaller sinkron olarak değiştirildiğinde (CPU veri otobüsü, adres otobüsü, etc.), elektrik hatta ve yeryüzündeki impedans yüzünden sinkron değiştirme sesi oluşturulacak ve yeryüzü uçağı yeryüzünde düşecek. Ses (yere kısayıldı). SSN ve toprak sıçramasının gücü de birleştirilmiş devreğin IO özelliklerine bağlı, elektrik teslimatının katmanına ve PCB toprak uçak katmanına ve PCB üzerindeki yüksek hızlı cihazların düzenlemesine ve düzenlemesine bağlı. Ayrıca, diğer elektronik aygıtlar gibi, PCB tahtaları da elektromagnetik uyumluluğu sorunları var. Bu, genellikle PCB tahtalarının düzenleme ve düzenleme metodlarına bağlı.

2. Tradicional PCB board design method

Tradisyonel tasarım sürecinde, PCB tahtasının tasarımı devre tasarımı, dizaynı tasarımı, PCB tahtası üretimi, ölçüm ve hatalama gibi adımlardan oluşur. Etkileşimli analiz metodlarının eksikliği ve gerçek PCB tabağındaki sinyal özelliklerinin göndermesi için devre tasarımında, devre tasarımı genellikle sadece komponent üreticilere, tekliflere ve geçmişte tasarım deneyimine göre gerçekleştirilebilir. Bu yüzden yeni tasarım projesi için genelde özel durumlara göre sinyal topoloji ve komponent parametrelerinin doğru seçimini yapmak zordur. PCB dizaynı aşamasında, PCB'nin komponent dizaynı ve sinyal rotasyonu gerçek zamanlı dizaynın kalitesi tasarımcının tecrübesine daha bağlı olduğu için sinyal performans değişimlerini analiz etmek ve değerlendirmek zordur. PCB tahtası üretim sahasında, her PCB tahtası ve komponent üreticilerinin süreçleri tam olarak aynı değildiğinden dolayı, PCB tahtasının ve komponentlerin parametreleri genelde büyük bir tolerans menzili vardır ve PCB tahtasının performansını kontrol etmek zorlaştırıyor. Tradisyonel PCB tahtası sürecinde, PCB tahtasının performansı üretim tamamlandıktan sonra araç ölçüsüyle yargılanabilir. PCB tahtasında bulunan sorunlar sıradaki PCB tahtası tasarımında değiştirilmeli. But what is more difficult is that some problems are often difficult to quantify into the parameters in the previous circuit design and layout design. Bu yüzden daha karmaşık PCB tahtaları için, genellikle yukarıdaki süreç sonunda dizayn taleplerini uygulamak için çok kez tekrar etmek gerekir. Gelişmiş PCB kurulu tasarım metodları ile ürün geliştirme döngüsü uzun ve araştırma ve geliştirme maliyeti tamamen yüksek.

3. PCB tahta tasarım metodu sinyal bütünlük analizi üzerinde tabanlı

PCB tahta tasarımı süreci sinyal integritet bilgisayar analizi üzerinde gösterilir. 2. Şekil olarak gösterilir. Gelişmiş PCB tahta tasarım yöntemi ile karşılaştırıldı, sinyal integritet analizi üzerinde dayanan tasarım yöntemi, PCB tahta tasarımından önce, yüksek hızlı dijital sinyal transmisinin sinyal integritet modeli ilk olarak kuruldu. SI modeline göre, sinyal integritet sorunu üzerinde bir seri ön analiz yapılır ve devre tasarımının temel olarak uygun komponent türleri, parametreleri ve devre topoloji simülasyon hesaplaması sonuçlarına göre seçildiler. Devre tasarımının sürecinde, tasarım tasarımı sinyal integritet analizi için SI modeline gönderilir, komponentler ve PCB tahta parametrelerinin tolerans menzili, PCB tahta tasarımının mümkün topoloji yapısı ve parametrelerin değişiklikleri ve diğer faktörler tasarımı hesaplamak ve analiz etmek için integre edilir. Şema çözüm alanı. Devre tasarımı tamamlandıktan sonra, her yüksek hızlı dijital sinyali sürekli ve ulaşılabilir çözüm alanı olmalı. That is, when the parameters of the PCB board and components change within a certain range, the layout of the components on the PCB board and the wiring method of the signal lines on the PCB board has a certain flexibility, the signal integrity can still be guaranteed. İhtiyacı var. PCB tahtasının dizaynı başlamadan önce, alınan her sinyal çözüm alanının sınır değeri PCB tahtasının dizaynı ve düzenleme için kullanılan dizayn tasarımın sınırlı durumu olarak kullanılır. PCB düzenleme tasarımı sürecinde, parça ya da tamamen tamamlanmış tasarım sonrası sinyal integritet analizi için SI modeline geri gönderilir. Gerçek tasarım tasarımın beklenen sinyal integritet ihtiyaçlarına uygun olup olmadığını doğrulamak için gerçek tasarım tasarımı. Simülasyon sonuçları ihtiyaçlarına uygun değiştirilmezse, düzenleme tasarımı ya da devre tasarımı bile değiştirilmesi gerekiyor. Bu, yanlış tasarımı yüzünden ürün başarısızlığının riskini azaltabilir. PCB tahta tasarımı tamamlandıktan sonra, PCB tahta üretimi gerçekleştirilebilir. PCB üretim parametrelerinin tolerans menzili sinyal integritet analizinin çözüm alanında olmalı. PCB tahtası üretildikten sonra, SI modelinin ve SI analizinin doğruluğunu doğrulamak için ölçülemek ve hata ayıklamak için kullanılır ve bunu modelini düzeltmek için temel olarak kullanılır. Doğru SI modeli ve analiz metodlarına dayanarak PCB tahtası tasarımın ve üretimin tekrarlanan değişiklikleri olmadan veya sadece birkaç değişiklikleriyle tamamlanabilir ki ürün geliştirme döngüsünü kısayabilir ve geliştirme maliyetini azaltır.

4. Sinyal Integrity Analiz Modeli

PCB tahta tasarımı yönteminde sinyal integritet bilgisayar analizi tabanlı en önemli kısmı, geleneksel tasarım yönteminden farklı olan PCB tahta seviyesi sinyal integritet modelinin kuruluşudur. SI modelinin doğruluğu tasarımın doğruluğunu belirleyecek ve SI modelinin inşa edilebiliği bu tasarım metodunun uygulanabiliğini belirleyecek.

4. 1. PCB tahta tasarımının SI modeli

There are already a variety of models that can be used for PCB-level signal integrity analysis in electronic design. Aralarında genellikle kullanılan üç tane var, yani SPICE, IBIS ve Verilog-A.

a. SPICE modeli

SPICE güçlü bir genel amaçlı analog devre simülatörüdür. Now SPICE model has been widely used in electronic design, and derived two main versions: HSPICE and PSPICE, HSPICE is mainly used in integrated circuit design, and PSPICE is mainly used in PCB board and system-level design. SPICE modeli iki parçadan oluşur: Model Equations and Model Parameters. Model denklemler temin edildiğinden dolayı, SPICE modeli ve simulatörün algoritmi yakın bir bağlantı olabilir ve daha iyi analiz etkiliği ve analiz sonuçları alınabilir. PCB tahta seviyesinde SI analizi yapmak için SPICE modelini kullandığında, integral devre tasarımcıları ve üreticileri detaylı ve doğru SPICE modellerini bilgisayan devre I/O birimlerinin altdevrelerini ve yarı yönetici özelliklerinin üretim parametrolarını tasvir etmek için gerekli. Bu materyaller genelde tasarımcılar ve üreticilerin intellektuel özelliğine ve gizliliğine ait olduğundan dolayı, sadece birkaç yarı yönetici üreticileri çip ürünleriyle birlikte uygun SPICE modellerini sağlayacak. SPICE modelinin analitik doğruluğu genellikle modelin parametrelerine bağlı (yani verilerin doğası) ve model denklemlerin uygulanabilir menziline bağlı. Model denklemler, çeşitli dijital simülatörlerle birleşince analizin doğruluğuna da etkileyebilir. Ayrıca, PCB tahta seviyesindeki SPICE modeli simülasyon hesaplaması relatively büyük ve analiz zamanlı kullanımıdır.

b. IBIS modeli

IBIS modeli ilk olarak PCB masaüstü ve sistem seviyesinde dijital sinyal integritet analizi için Intel Corporation tarafından geliştirildi. Şimdi IBIS A çık Forum tarafından yönetilmiş ve resmi endüstri standarti (EIA/ANSI 656-A). IBIS modeli I/V ve V/T masaların formunu dijital integral devre I/O hücrelerinin ve pinlerin özelliklerini tanımlamak için kullanır. Çünkü IBIS modeli, I/O hücresinin ve transistor üretim parametrelerinin iç tasarımını tanımlaması gerekmiyor, yarı yönetici üreticileri tarafından hoşgeldi ve desteklendi. Bütün büyük dijital integral devre üreticileri şimdi elimizdeki IBIS modelini chip ile birlikte sunabilir. IBIS model in in analitik preciziti genellikle veri noktaların sayısına ve I/V ve V/T masalarındaki veri derecesine bağlı. Çünkü IBIS modelinin tabanlı PCB masa seviyesi simülasyonu, bakış masa hesaplamasını kabul ediyor, hesaplama miktarı küçük, genelde sadece 1/10 ile 1/100'e uygun SPICE modelinin.

c. Verilog-AMS modeli ve VHDL-AMS modeli

Verilog-AMS ve VHDL-AMS 4 yıldan az süredir ve yeni standartlar. Donanım davranışları seviyesi modelleme dilleri olarak Verilog-AMS ve VHDL-AMS Verilog ve VHDL'in süper setleri, Verilog-A Verilog-AMS'in altı setidir. SPICE ve IBIS modelleri farklı, AMS dilinde, komponentlerin davranışlarını tanımlayan denklemler yazmak kullanıcısına bağlı. Similar to the IBIS model, the AMS modeling language is an independent model format that can be used in many different types of simulation tools. AMS denklemleri de birçok farklı seviyede yazılabilir: transistor seviyesi, I/O hücre seviyesi, I/O hücre grubu, etc.

4. 2 Model seçimi

Bütün PCB seviyesi sinyal integritet analizi tamamlamak için, yüksek hızlı dijital PCB tahtalarının tasarımında, üst modelleri karıştırmak için anahtar sinyallerin ve sensör sinyallerinin transmisi modelini oluşturmak için gerekli. Mühendislik pasif aygıtlar için üretici tarafından verilen SPICE modeli arayabilir, ya da basitleştirilmiş SPICE modeli deneysel ölçümler üzerinden oluşturulabilir ve kullanılabilir. Kritik dijital integral devreler için üretici tarafından temin edilen IBIS modeli aramalı. Şu anda, çoğu IC tasarımcıları ve üreticileri, Web sitesi veya diğer yollarla birlikte gerekli IBIS modelini sağlayabilir. Eğer üreticisinin IBIS modeli alınamazsa, kritik olmayan integral devreler için, benzer ya da öntanımlı IBIS modeli de chip pinlerin fonksiyonuna göre seçilebilir. Tabii ki, deneysel ölçülerle de basitleştirilmiş bir IBIS modeli oluşturulabilir. PCB tabağındaki yayınlama hattı için, yayınlama hatının basitleştirilmiş SPICE modeli sinyal integritet ve çözüm uzay analizi ön analizinde kullanılabilir ve sıralama sonrası analizinde, yayınlama hatının tamamen SPICE modeli gerçek tasarım tasarımına göre kullanılmalı.

5. EDA yazılımıyla tasarlama metodlarını birleştirmek

Şu anda PCB kurulu tasarım endüstrisinde, yukarıdaki tasarım yöntemini tamamlamak için EDA yazılımı yok, bu yüzden bazı genel yazılım araçlarının birleşmesi ile anlanmalıdır. SPICE yazılımını (PSPICE, HSPICE, vb. gibi) PCB üzerinde diskretli, pasif aygıtlar ve yayılma hatlarını uygulamak için SPICE modellerini uygulamak için kullanın, hata ayıklamak ve doğrulamak için. SPECCTRAQuest, HyperLynx, Tau, IS_Analyzer vb. gibi her komponentin SPICE/IBIS modelini ve gönderme hatlarının genel sinyal integritet analiz yazılımına ekle ve sinyal integritet analizi analiz hesaplamalarını yap. SI analiz yazılımının veritabanı fonksiyonunu kullan ya da ideal çözüm alanını aramak için simülasyon operasyonun sonuçlarını daha fazla düzenlemek ve analiz etmek için diğer genel veritabanı yazılımını kullan. PCB devre tasarımının temel olarak çözüm alanının sınır değerini ve düzenleme tasarımının sınırlarını, OrCAD, Protel, PADS, PowerPCB, Allegro ve Mentor gibi genel PCB tasarımı için EDA yazılımı kullanılır. PCB tahtasının tasarımı tamamlandığında, gerçek tasarım devresinin (topoloji, uzunluğu, uzay, etc.) parametreleri yukarıdaki dizayn yazılımından otomatik veya elle çıkarılabilir ve sürücülemek için önceki sinyal integritet analizi yazılımına geri gönderebilir. Gerçek tasarımın çözüm alanının ihtiyaçlarına uygun olduğunu doğrulamak için SI analizi. PCB tahtası üretildiğinde, her model ve simülasyon hesaplamasının doğruluğu deneysel aletin ölçülemesi ile de doğrulayabilir.

Tasarım yöntemi yüksek hızlı dijital PCB tahtalarının tasarımı ve geliştirmesi için güçlü pratik önemlidir. Bu, sadece ürünlerin tasarımının performansını etkili olarak geliştirebilecek değildir, ancak ürünlerin geliştirme döngüsünü de çok kısaltır ve geliştirme maliyetlerini azaltır. Sinyal integritet analizi model in in sürekli geliştirilmesi ve geliştirilmesi ve hesaplama analizi algoritmi ile, sinyal integritet bilgisayar analizi üzerinde tabanlı PCB tahta tasarım metodu elektronik ürünlerin tasarımında daha fazla uygulanacak.