PCB Teknik - Farklı sinyal çizgisinin analizi ve LAYOUT

Son yıllarda hızlı hızlı ihtiyaçların yükselmesiyle yeni otobüs protokolleri yüksek hızları teklif etmeye devam ediyor. Gelenekli otobüs protokolü artık gerekçelerini yerine getiremez. Seri otobüsü çok tasarımcı tarafından daha iyi karışıklık, daha az sinyal çizgileri ve daha yüksek hızlı yüzünden favoritlerdir. Ve seri otobüs özellikle farklı sinyal yolu en çok. Bu makalede farklı sinyal hatlarının tasarımı çözdüm ve herkesle konuştum.

1. Farklı sinyal çizgilerinin prensipi, avantajları ve ihtiyaçları

Farklı sinyal (Farklı Sinyal) yüksek hızlı devre dizaynında daha yaygın kullanılır. Devre'deki en kritik sinyali genellikle farklı bir yapı ile tasarlanır. Neden bu kadar popüler oluyor? PCB tasarımında iyi performansını nasıl sağlamak? Bu iki soruyla, tartışmanın sonraki kısmına devam ediyoruz. Farklı bir sinyal nedir? Layman'ın şartları üzerinde, s ürücü sonu iki eşit ve tersi sinyal gönderir ve alınan sonu iki voltaj arasındaki farkı karşılaştırarak mantıklı durumu "0" veya "1" hakkında yargılıyor. Farklı sinyalleri taşıyan izler çift farklı izler denir.

Sıradan tek sonlu sinyal izleriyle karşılaştırıldı, farklı sinyaller, bu üç tarafında en açık avantajlar vardır:

a. İki farklı izler arasındaki bağlantı çok iyi. Dışarıdan gürültü araştırmaları olduğunda, neredeyse iki hatla aynı zamanda birleştirildiler, ve alıcı sonu sadece iki sinyal arasındaki farklılığı umursuyor. Bu yüzden dış ortak modun sesi tamamen iptal edilebilir.

b. EMI'yi etkili olarak bastırabilir. Aynı sebepten, iki sinyalin tersi polyarlığı yüzünden, elektromagnet alanları tarafından yayılan alanlar birbirlerini iptal edebilir. Şekilde gösterilen gibi, AA'daki ağırlık sağdan soldan ve BB'deki ağırlık soldan soldan. Doğru, sağ elin spiral kurallarına göre, magnetik güç hatları birbirlerini iptal ediyor. Daha sıkı bir bağlantı, daha magnetik bir güç çizgileri birbirini iptal eder. Daha az elektromagnetik enerji dış dünyaya yayınlanır.

c. Zaman pozisyonu doğrudur. Çünkü farklı sinyal değişikliğin in değişikliği iki sinyalin kısımlarında, sıradan tek sonlu sinyalin aksine, belirlemek için yüksek ve düşük sınır voltajlarına bağlı olan, süreç ve sıcaklığın etkilendiği süreç ve sıcaklığı tarafından daha az etkilendirilir. Bu, zamanında hatayı azaltabilir. Fakat daha düşük amplitude sinyal devreleri için daha uygun. Mevcut popüler LVDS (düşük voltaj diferensiyal sinyal sinyal) küçük amplitude farklı sinyal teknolojisine benziyor.

2. Farklı sinyal örnek: LVDS

LVDS (Low Voltage Differential Signaling) düşük-swing current-type farklı sinyal teknolojidir. Bu sinyalleri farklı PCB üzerinde yayılabilir, kablo çift veya balansa kablo birkaç yüz Mb hızla ve düşük-voltage amplitudi ve düşük-a ğır sürücü çıkışı düşük sesi ve düşük güç tüketimine ulaşmak için kullanılır. LVDS sürücüsü farklı bir çizgi sürücü bir kaynağından oluşur. Şimdilik genelde 3,5mA. LVDS alıcısı çok yüksek girdi impedansı vardır, bu yüzden sürücüsün en çoğu şu anki çıkışı 100Ω‧ ile eşleşen dirençliği üzerinden geçiyor ve alıcıyla bağlanıyor. Girdi terminal yaklaşık 350mA voltajı oluşturur. Sürücü döndüğünde, direktör arasından akışın yönünü değiştirir, böylece geçerli mantıklı "1" ve "0" durumlarını üretir. Düşük sürücü sinyali yüksek hızlı operasyonu ve enerji tüketimini azaltır ve farklı sinyal uygun bir ses marginlerini ve güç tüketimini çok azaltır. Elektrik büyük düşürmesi birçok arayüz sürücüsü ve alıcıları tek integral bir devre ile birleştirilebilir. Bu PCB tahtasının etkileşimliliğini geliştirir ve maliyeti azaltır.

LVDS iletişim ortamının kullanıldığı bir PCB kablo çift veya kablo olup olmadığına rağmen, sinyali orta terminal'da refleks edilmesini engellemek ve aynı zamanda elektromagnet araştırmasını azaltmak için ölçüler alınmalıdır. LVDS, ortaya uygun bir sonlandırma direktörü (100±20Ω) kullanmasını istiyor. Bu direktör devreye dönüşüm sinyalini bitirir ve alıcının girmesine mümkün olduğunca yakın yerleştirilmeli. LVDS sürücüsü 10 metreden fazla uzaktan 155.5Mb'den fazla hızla karışmış çift sürüyebilir. Hızdaki gerçek sınır 1. TTL verilerin sürücüye gönderilen hızlığı; 2. Ortamın bandwidth performansı.

Genelde sürücü tarafından bir multipleksör kullanılır ve alıcı tarafından bir demultiplekseri, çoklu TTL kanallarının çoklu dönüşünü ve bir LVDS kanalı sinyal hızını arttırmak ve güç tüketmesini azaltmak için kullanılır. İletişim ortamını ve arayüzlerin sayısını azaltın ve ekipmanın karmaşıklığını azaltın.

LVDS alıcısı sürücü ve alıcı arasındaki yeryüzü voltaj değişiminin en azından ±1V'e dayanabilir. LVDS s ürücüsünün tipik bias voltasyonu +1.2V olarak, yeryüzü voltasyonu değiştirmenin toplamı, sürücüsünün önlüğü voltasyonu ve hafif bir bağlantı sesi olduğundan dolayı, alıcının girişi alıcının yerine karşı ortak modun voltasyonu. Ortak moda menzili: +0.2V～+2.2V. Alıcının giriş voltaj menzili: 0V～+2.4V.

3. Farklı sinyaller için gerekli silme:

PCB mühendislerinin en endişesi, bu farklı sürücük avantajlarının gerçek sürücüklerde tamamen kullanılabileceğini nasıl sağlamak. Belki de Layout ile iletişim kuran herkes farklı düzenlemenin genel ihtiyaçlarını anlayabilir, yani farklı çiftlerle ilgilenmek için iki nokta var. Birincisi, iki kablonun uzunluğu mümkün olduğunca uzunluğu ve eşit uzunluğu iki farklı sinyallerin zamanını sağlamak. Tersine polyarlık tutun ve ortak mod komponenti azaltın. Diğeri, iki kablo arasındaki mesafe (bu mesafe farklı impedans tarafından belirlenmiş) sürekli tutulmalıdır, yani paralel tutulmalıdır. İki paralel yol var, birisi, iki kablo aynı tarafta çalışıyor, diğeri de yukarıda ve aşağıda (aşağıda) iki kablo üzerinde çalışıyor. Genelde eskisinin bir tarafından daha fazla uygulamaları var.

Aynı mesafe, ikisinin arasında aynı farklı engelleme ve refleksiyonun azaltmasını sağlamak. Farklı çiftin düzenleme yöntemi yakın ve paralel olmalı. Böyle denilen uygun yaklaşık, mesafe farklı impedans değerini etkileyecektir. Bu, farklı çiftleri tasarlamak için önemli bir parameter. Paralelizm ihtiyacı ayrıca farklı impedans konsistencisini korumak. Eğer iki çizgi birden uzak ve yakın olursa, farklı impedans uyumsuz olacak, bu da sinyal tamamıyla ve zamanlama gecikmesine etkileyecek.

Aşağıdaki farklı iletişim hattı modeli

Analizi kolaylaştırmak için, farklı çizgi çift sık sık sık tuhaf modası ve hatta modası impedance ve gecikme ile tanımlanır. Bu parçalar farklı moduyla ve ortak moduyla ilişkilendirler, bu yüzden 1 denklem ile hesaplanılabilir.

Burada Ctot = Cself + Cm. Cself bir çizgi ve toprak arasındaki kapasitetidir ve Cm iki çizgi arasındaki kapasitetidir. Kendi ve Lm bir çizginin kendini ve iki çizginin arasındaki karşılaştırma etkisidir.

Farklı impedans iki farklı kablo arasında ölçülenen impedans olarak tanımlanır. (Böyle denilen farklı sürücü, iki sinyal tam olarak aynı ama polaritte tersi olduğu anlamına gelir). Farklı impedans tuhaf mod impedansı ile ilgili ifade ediyor. Böyle denilen tuhaf mod impedansı, iki kablo farklı şekilde sürüştüğünde farklı bir çift içinde bir transmis kablosunun impedansı anlamına gelir [3]. Hatta moda impedance, iki kablo farklı bir çift içindeki iki kablo mühendisliğine benziyor. İki kablo de yere tek ortak moda sinyali tarafından sürüklenir.

Eğitimi 1 kullanarak, oluşturulabilir: farklı impedans

Ortak mod impedance

Ama tüm bu kurallar mekanik olarak uygulanmak için kullanılmaz, ve birçok mühendisler hâlâ hızlı hızlı farklı sinyal transmisinin esensini anlamıyorlar. Sonrakiler PCB farklı sinyal tasarımında birkaç ortak yanlış anlama üzerine odaklanıyor.

Yanlış anlama 1: Farklı sinyalin bir yeryüzü uça ğına dönüş yolu olarak ihtiyacı olmadığına ve farklı izler birbirlerine dönüş yolu sağlayacağına inanılır. Bu yanlış anlama sebebi yüzeysel fenomenler tarafından karıştırılmıştır ya da yüksek hızlı sinyal transmisinin mekanizması yeterince derin değil. Farklı devre benzer yeryüzü sıçmalarına ve güç ve yeryüzü uçaklarında bulunan diğer ses sinyallerine benzemez olsa da. Yer uçağının parçacık dönüş iptal edilmesi farklı devreyi sinyal dönüş yolu olarak referens uçağını kullanmıyor demektir. Aslında sinyal dönüşünün analizinde, farklı sürüşünün ve sıradan tek sonu sürüşünün mekanizması aynı, yani yüksek frekans sinyalleri her zaman küçük induktans ile dönüştürüler, en büyük farklılık ise, yere bağlanmaların yanında, farklı çizgi de birbirine bağlanır. Hangi çeşit birleşme güçlüdür, bu da ana dönüş yolu olacak.

PCBcircuit tasarımında, farklı izler arasındaki bağlantı genellikle küçük ve sık sık sık bağlantı derecesinin %10-20 olduğunu gösterir, ve daha fazlası yere bağlantı, yani farklı izlerin ana dönüş yolu hala yeryüzünde bulunuyor. Yer uça ğında bir sonsuzluk olduğunda, farklı izler arasındaki bağlantı, bir referans uçaksız bölgedeki ana dönüş yolunu sağlayacak. Farklı izler üzerindeki referans uçağının son bitmesinin etkisi olağanüstü tek sonun izlerinin etkisi kadar ciddi değil, hala farklı sinyalin kalitesini azaltır ve mümkün olduğunca kaçınması gereken EMI'nin kalitesini artırar. Bazı tasarımcılar farklı izlerin altındaki referans uçağının farklı iletişimlerde bazı ortak mod sinyallerini bastırmak için kaldırabilir. Ancak bu yaklaşım teoriyle istekli değil. İmpadansı nasıl kontrol edeceğiz? Ortak mod sinyali için toprak impedance döngüsü vermeyecek, EMI radyasyonu olasılıkla neden olacak. Bu yaklaşım iyiden daha zarar verir.

Bu yüzden PCB toprak uçağını geniş ve kısa yola döndürün. Adaları geçirmeyi deneyin (yakın güç malzemeleri veya toprak katlarının ayrı bölgelerinde ayrılmış bölgelerinde). Örneğin, anne tablosu tasarımında USB, SATA ve PCI-EXPRESS, adaları geçirmek en iyidir. Bu sinyallerin altında tam bir yeryüzü uça ğı veya güç uçağı olduğundan emin olun.

İkinci yanlış anlaşılma: eşit uzay tutmak çizgi uzunluğundan daha önemlidir. Aslında PCB düzeninde, genelde farklı tasarımın ihtiyaçlarını aynı zamanda yerine getirmek mümkün değil. Pin dağıtımı, vüyalar ve yönlendirme alanı gibi faktörler varlığı yüzünden, çizgi uzunluğunun amacı doğru rüzgar aracılığıyla başarılı olmalı, fakat sonuç farklı çiftin bazı bölgeleri paralel olamaz. Aslında boşluğu farklı değil. Etkileri minim. Karşılaştırıldığında, çizgi uzunluğu uygunsuz zamanlama üzerine çok daha büyük etkisi var. Teorik analizinden, uygunsuz uzay değiştirmesine rağmen, farklı çift arasındaki bağlantı önemli değil, impedans değiştirme menzili de çok küçük, genellikle %10 içinde, yani sadece bir geç ile eşit. Döşeğin nedeniyle bir yansıma sinyal transmisinin önemli etkisi olmayacak. Çizgi uzunluğu eşleşmediğinde, zamanlama komponentlerinin yanında ortak modu komponentleri, sinyalin kalitesini azaltıp EMI'yi arttırır, farklı sinyale giriştirilir.

PCB farklı izlerin tasarımında en önemli kural eşleşen çizgi uzunluğudur ve diğer kurallar tasarım gerekçelerine ve gerçek uygulamalarına göre fleksik olarak yönelebilir. Aynı zamanda, impedans eşleşmesine karşılık vermek için, karşılığında farklı çizgi çift arasında eşleşen bir direksiyon eklenebilir. Değeri farklı impedans değerine eşit olmalı. Bu şekilde sinyal kalitesi daha iyi olacak.

Bu yüzden, bu iki nokta öneriliyor:

(A) Farklı iletişim satırına maksimum uyuşturucu sağlamak için terminal direnişliğini kullanın, direnişlik değeri genellikle 90 ~ 130 Ω arasında, sistemin de normal çalışma farklı voltajı oluşturmak için bu terminal direnişliğine ihtiyacı var;

(B) Farklı çizginin arasında %1-2 ile yüzeysel dağ dirençlerini kullanmak en iyidir. Eğer gerekirse, her biri 50Ω direnişiyle iki direnişçi kullanılabilir, ve bir kapasitör ortasında orta modunu filtreye koyuyor. Ses.

Genelde, farklı sinyalin CLOCK'nin uyuşturucu ihtiyaçları ve benzeri +/-10 mil içinde eşittir.

3. yanlış anlaşılma: Farklı düzenlemenin çok yakın olması gerektiğini düşünün. Farklı izleri yaklaşmak sadece bağlantılarını gürültülemekten başka bir şey değildir. Bu sadece bağışlanma gürültülerini güzelleştirmekten başka değil, aynı zamanda manyetik alanın tersi polyarlığını dışarıdaki dünyaya elektromagnyetik etkilemesini terk etmek için kullanabilir. Bu yaklaşım çoğunda çok faydalı olsa da kesinlikle değil. Eğer dışarıdaki araştırmalardan tamamen korunabileceklerini emin edersek, araştırmaları başarmak için güçlü bir bağlantı kullanmak zorunda değiliz. Ve EMI'yi bastırmak amacı. İyi izolasyon ve farklı izlerin korumasını nasıl sağlayabiliriz? Diğer sinyal izleriyle uzayı arttırmak en temel yollardan biridir. Elektromagnetik alan enerjisi uzağın karesinde azalır. Genelde, çizgi boşluğu 4 kere çizgi genişliğinden fazla geçtiğinde, aralarındaki araştırmalar çok zayıf. İhmal edilebilir. Ayrıca, yeryüzündeki uçaktan ayrılması da iyi bir koruma rolü oynayabilir. Bu yapı genellikle yüksek frekans (10G üzerinde) IC paketi PCB tasarımında kullanılır. Buna CPW yapısı denir ki, ciddi farklı impedans sağlayabilir. Kontrol (2Z0).

Farklı izler de farklı sinyal katlarında çalışabilir, fakat bu metod genellikle önerilmez, çünkü farklı katlar tarafından üretilen impedance ve vial farklılıkları farklı modun yayılmasının etkisini yok eder ve ortak modun sesini tanıtır. Ayrıca, yakın iki katı sıkı olarak birleştirilmezse, gürültüne karşı karşı çıkan farklı izlerin yeteneğini azaltır, ama eğer çevre izlerinden doğru bir uzakta tutabilirsinizse, karşılaştırma sorun değil. Genel frekanslar (GHz altında), EMI ciddi bir sorun olmayacak. Deneyimler, farklı izlerden 500 mil uzakta radyasyon enerjinin düşürmesi 3 metre uzakta 60 dB'ye ulaştığını gösterdi. Bu yüzden tasarımcı yetersiz farklı çizgi bağlaması yüzünden gelen elektromagnet uyumsuzluğu hakkında fazla endişelenmek zorunda değildir.

4. Göz diagram ı

Farklı sinyaller testinde, sık sık bir test öğeleriyle karşılaşacağız göz diagram ı, ve birçok dizayn başlangıcısı göz diagram testini duymuş olabilir. Ama hala göz diagramların nasıl geldiğini bilmeyen birçok kişi var. Göz diagram ına bakmayı öğrenmek kendi test ve DEBUG için çok faydalı. Sonraki göz diagram ını tanımlıyor.

Her saat döngüsünde bir sinyal olacak. Fakat eğer çok uzun bir akışı (bitler) olursa, sinyalin belirtilenlere (belirtilenlere) uygun olup olmadığını belirlemek zordur. Analizi kolaylaştırmak için, eğer tüm sinyal parçaları bir sinyal grafiği oluşturabilirse, buna bakıp bu grafikleri özelliklere uygulayabilirsiniz. Bu göz diagram ı.

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, bütün sinyaller saatin yükselen kısmında etkilenir. Sonra bütün veri sinyallerinin dalga formları yükselen kenara göre çıkarılır ve birlikte yerleştiriler. Böyle dalga formu SYMPLE denir. Resimde gösterildiği gibi (resimde sadece bir dalga formu alındı ki okuyucu onu açık görebilir), bu göz diagram ının ilk yarısını oluşturur. Sonra onları düşük kenarına göre çıkarıp birleştir, sonra göz diagram ının ikinci yarısı oluşturulabilir. Aynı zamanda, yüksek seviye veya düşük seviye sinyal dalgaları göz diagram ının üstüne ve alt şeklinde oluşturur. Bu standart göz diagram ı oluşturur (a şağıda gösterilen gibi). Sonra tek yapmanız gereken şey, sinyal belirlenmesine göre göz diagram ında tanımlamak.

Tabii ki, bu şekilde CLK'i de gösteriyor, gerçek seri farklı sinyal CLOCK'i sinyal çizgisinde tanımayamaz.

Bir örnek yapalım. Göz diagram ından sinyal kalitesi çok fakir. SYMPLE'e karşılaştığında sinyal kalitesi çok zayıf olduğunu görülebilir. Yükselen ve düşen kenarlar çok yavaş, sürekli çok zayıf, sinyalin yüksek derecede yeterli değil ve SKEW çok büyük.

5. Farklı sinyal ölçümü.

İçeri bağlantısı genelde konuşuyor, farklı bir amplifikatör veya sonda arasındaki bağlantı ve sinyal kaynağı en büyük hatanın kaynağıdır. İçeri eşleşmesini korumak için, iki kanal mümkün olduğunca aynı olmalı. İki girdi terminallerinden herhangi birinin aynı uzunluğu olmalı. Eğer bir sonda kullanılırsa, modeli ve uzunluğu da aynı olmalı. Düşük frekans sinyallerini yüksek sıradan modu voltajları ile ölçürken, küçük şekilde sondu kullanmayı engelleyin. Yüksek kazançlarda, bu sonda hiç kullanılamaz çünkü onların düzenlenmesini tam olarak dengelemek imkânsız. Yüksek voltaj ya da yüksek frekans uygulamalarının yenilemesi gerektiğinde, farklı amplifikatörler için özel pasif sonda kullanılmalı. Bu tür sonda DC'nin yenilemesini ve AC ödüllendirmesini tam olarak ayarlayabilecek bir cihazı var. En iyi performansı elde etmek için, her özel amplifikatör bu sonda bağlı prosedürlere uygun bir grup sonda olmalı ve amplifikatör kalibrelemeli.

Ortak bir yöntem, + ve giriş kabloları çift olarak çevirmek. Bu, çizgi frekans araştırmalarını ve diğer sesleri alma ihtimalini azaltır. Eğer göz diagram ını yakalamak istiyorsanız, son yazılım ve fixtürler almak için alet üreticisine danışmanız gerekir. Genelde bu yazılım ve fikirler toplamı ayrı olarak yükleniyor.