PCB Teknik - Sinyal bütünlük araştırmaları: sinyal bütünlük nedir?

Eğer önceki düşük hızlı dönemde tasarım deneyiminin artık çalışmıyor gibi görünüyorsanız, aynı tasarım sorun değil, ama şimdi işe yaramaz, tebrik ederim, donanım tasarımının en temel problemine karşılaştınız: sinyal integritesi. Bir gün önce tanışmanız çok güzel.

Geçen düşük hızlı dönemde, seviye geçirmeleri sırasında sinyal yükselmesi zamanı relativ uzun, genelde birkaç ns vardı. Aygıtlar arasındaki bağlantı çizgileri devre fonksiyonuna etkilemeyecek ve sinyal bütünlük sorunlarına ilgilenme gerek yok. Fakat bugün yüksek hızlı dönemde, IC çıkış değiştirme hızı arttırırken birçok pikosekonda seviyesinde. Sinyal dönemine rağmen neredeyse tüm tasarımlar sinyal integritet sorunlarına karşılaştı. Ayrıca, düşük enerji tüketiminin ardınca çekirdek voltasyonu düşürüyor ve 1.2v çekirdek voltasyonu çoktan çok yaygın ediyor. Bu yüzden, sistemin tolere edebileceği gürültü sınırı daha küçük ve daha küçük olacak, bu da sinyal integritet sorunu daha önemli yapar.

Kesinlikle konuşurken, sinyal bütünlük devre tasarımında bağlantı çizgilerinden neden olan tüm sorunları anlatır. Birleşik bağlantı çizgilerinin elektrik özelliklerinin, ürün performansını etkilemek için voltaj ve şu anda dijital sinyallerin dalga formlarıyla nasıl etkileyeceğini öğreniyor. Çoğunlukla zamanlama, sinyal çalıma, sinyal refleksiyonu, yakın sonu kısa konuşma, uzak sonu kısa konuşma, gürültü değiştirme, monotonik olmayan, yeryüzü sıçrama, güç sıçrama, kapasitet yükü, elektromagnyetik radyasyon, elektromagnyetik araştırmaları, etc.

Sinyal bütünlük sorununun kökü sinyal yükselmesi zamanının azalmasında. Bilgisayar topoloji değişmezse bile, küçük bir sinyal yükselmesi zamanı kullanılırsa, mevcut tasarım kritik bir durumda olacak ya da çalışmayı durduracak.

Birçok ortak sinyal bütünlük sorunları hakkında konuşalım.

reflection:

Şekil 1, sinyal refleksiyonların nedeniyle dalga formu bozukluğunu gösteriyor. Çığlık gibi görünüyor. Saat çıkışı ya da yüksek hızlı veri hattı çıkışı gibi çeşitli sinyalleri yaptığınız devre tahtasını çıkarın ve ölçün, böyle dalga formu olup olmadığını görmek için. Eğer öyleyse, sinyal integritet sorunu anlamanız gerekiyor. Evet, bu sinyal bütünlük sorunu.

Birçok donanım mühendisleri saat çıkış sinyaline seride küçük bir dirençli bağlayacak. Onların çoğu bunun hakkında açık değildir ve bunların ardından büyük bir sürü düzenli olduğunu söylerler. Belki biliyorsunuz, ama çok insan bu küçük dirençlerin fonksiyonunu söyleyemez, üç ya da dört yıl deneyimli bir sürü donanım mühendisleri de dahil. Şaşırdılar mı? Ama bu gerçekten doğru. Çoğuyla karşılaştım. Aslında bu küçük dirençlerin fonksiyonu sinyal refleksiyonun problemini çözmek. Saldırı arttığı zaman çalıntı kaybolacak, ama sinyalin yükselmesi artık bu kadar hızlı olmadığını göreceksiniz. Bu çözüm impedance eşleşmesi denir. Evet, impedance eşleşmelerine dikkat etmelisin. İmparatorluk sinyal bütünlük sorunlarında çok önemli bir pozisyon alır.

Çoklu konuşma:

Eğer yeterince dikkatli olursanız, bazen belirli bir sinyal çizgisine göre, fonksiyonun a çısında çıkış sinyali yok, ama ölçülürken, küçük bir amplitude olan düzenli dalga formu olacak, tıpkı sinyal çıkış gibi. Şu anda, onun yanındaki sinyal çizgini ölçüyorsunuz, benzer bir örnek olup olmadığını görmek için! Evet, eğer iki sinyal hattı birlikte yaklaşırsa, genelde olacak. Bu karışık konuşma. Elbette, karışık konuşma tarafından etkilenen sinyal çizgisindeki dalga formu komşu sinyalin dalga formuna benzemiyor, ve bunun kesinlikle açık kuralları yoktur ve bunun daha fazla sesli formu değil. Bugünkü yüksek yoğunlukta devre tahtalarında her zaman baş a ğrıs ı vardır. Küçük düzenleme alanı yüzünden sinyaller çok yakın olmalı, bu yüzden yüzleşmelisiniz. Sadece kontrol edilebilir ama yok edilemez. Kısaca konuşma konusundaki sinyal çizgileri için, yakın sinyallerin araştırması onun gürültüsüne eşit.

Çapraz konuşma büyüklüğü devre tahtasında birçok faktörle bağlantılı değil sadece iki sinyal hattı arasındaki mesafe yüzünden. Elbette, mesafe kontrol etmek en kolay ve karışık konuşmayı çözmek için en sık kullanılan yöntem, ama tek yöntem değil. Bu da birçok mühendislerin yanlış anladığı bir şey. Daha derin tartışmalar için onları sonraki maddelerde tanışmaya devam edeceğim.

İz çöküşü:

Ses sadece sinyal ağında değil, güç dağıtım sisteminde de var. Elektrik tasarımı ve toprak arasında akışın yolunda kesinlikle bir impedans olduğunu biliyoruz, eğer devre tahtasında her şeyi süper yönetici yapamazsanız. Sonra, mevcut değişikliklerinde voltaj düşürmesi kesinlikle gerçekleşecek. Bu yüzden, çip'in güç tasarımına gönderilen voltaj, bazen büyük bir şekilde, voltajın aniden yıkılması gibi, bu da tren yıkılması. İzler çökmesi bazen devre tahtasınızın fonksiyonuna etkileyebilir, ölümcül sorunları olabilir. Yüksek performans işlemcilerinin integral kapılarının sayısı artıyor, değiştirme hızlığı hızlı ve hızlı geliyor, daha kısa bir zaman içinde daha fazla değiştirme akışını tüketiyor ve tolere edilebilecek ses daha küçük ve daha küçük olur. Ama aynı zamanda sesi kontrol etmek daha zor. Elektrik tasarruf sistemindeki yüksek performans işlemcilerin talep edilen gerekçelerinin yüzünden düşük bir impedans elektrik dağıtım sistemini inşa etmek daha zorlaştı. Yeniden impedance olduğunu fark ettiniz. İmparatorluğu anlamak, bütünlük sorunlarını anlamanın anahtarı.

Sinyal bütünlük sorunları geniş bir menzil aspekti içeriyor. Burası sadece birkaç fenomene kısa bir tanışma, umarım bu makale size sinyal bütünlük hakkında ilk anlama verir. Signal integritesi her donanım mühendisi için gerekli bir kurs olacak. Bir gün önce temas edin ve bir gün daha önce fayda verin.