PCB Teknik - Yüksek Frekans Uygulamaları için Parallel Otobüs Tasarımı ve Araştırma Çözümleri

Modern elektronik tasarımda, PCB tasarımı önemli, ve otobüs, çeşitli aygıtlar arasındaki iletişim kanalı olarak PCB tasarımın performans ve etkileşimliliğinin temeli sağlar. Bu makalede, yüksek hızlı PCB tasarımında paralel ve seri otobüslerin özellikleri, avantajları ve zorlukları derinlikle tartışacağız, mühendislerin daha iyi anlamasına ve doğru türünü seçmesine yardım etmek için sağlam bir otobüs tasarımına yardım edeceğiz.

Otobüs, iki veya daha fazla aygıtlar arasında iletişim kuracak fiziksel yoldur, sinyal hatlarının koleksiyonu ve onların arasında bilgi aktarmak için çoklu komponentler arasında ortak bir bağ. Operasyon modasına dayanan iki ana tipi otobüs var: paralel otobüsler ve seri otobüsler.

Parallel otobüsler birçok bit veri aynı zamanda yayınlanmasına izin vermek için tasarlanmış. Bu otobüs yapısı, birçok araç aynı zamanda yolculuğa uygun bir uzay yola benziyor ve genellikle veri transmisi daha istediği durumlarda kullanılır. Paralel otobüs'ün avantajı, veri iletişimi hızlı, çünkü birçok sinyal aynı anda yayılabilir. Fakat veri gönderme hızları arttığı zaman sinyal büyüklüğü ve araştırma sorunları ortaya çıkar. Parallel otobüs bağlantıları daha fazla sinyal çizgileri gerekiyor, tasarım karmaşıklığını arttırır ve sinyaller arasındaki karşılaştırma ve gecikme sorunları yüksek frekans operasyonlarında görmezden gelemez

Parallel otobüsler aksine, seri otobüsler birbirini bit sırasında veri gönderir. Seri sinyalleri genellikle daha basit ve daha temiz kullanır. Veri yayınlaması için sadece bir ya da birkaç kablo ihtiyacı olduğundan dolayı, seri otobüsleri PCB üzerinde alınan uzay miktarını azaltmak ve bitiş ürünün karmaşıklığını azaltmak için özellikle önemlidir.

Seri otobüsler genellikle araştırmalara karşı daha dirençlidir, özellikle farklı sinyaller kullanılırsa, her çift farklı kabloların pozitif ve negatif bir sinyal tamamını geliştirir. Seri otobüsler saat birimine daha az bitler göndermesine rağmen daha yüksek veri oranlarını yüksek yayınlama oranlarını kullanarak ulaştırılabilir.

Parallel otobüsler yüksek bandwidth ve düşük latensi gereken uygulamalar için uygun. Ortak uygulamalar bilgisayar içinde veri transfer ve grafik kartları gibi yüksek performans periferilerinin bağlantısını içeriyor. Parallel otobüsler, büyük miktarlarla ilgili veriler ile ilgili önemli bir avantajı verir. Örneğin, PCI ve PCI gibi geleneksel bilgisayar otobüsleri hızlı veri transfer için parallelizm kullanır. Fakat yüksek operasyon frekanslarında paralel sinyal çizgileri arasında ciddi araştırma olabilir, bu yüzden tasarımcıların paralel otobüsleri kullandığında sinyal tamamlama ve araştırma yönetimini düşünmesi gerekiyor. Bu sorunların etkisini azaltmak için doğru kablo ve sinyal kondiciyonu teknikleri etkili olabilir.

Parallel otobüsler ile karşılaştırıldı, seri otobüsler uzun uzakta veri iletişimi ve büyük ölçekli veri değişimi için daha iyi yapıyorlar. Basit bir kablo ve düşük maliyetle, seri otobüsleri modern iletişimler için genel seçeneklerden biridir. Uygulamalar, sensörler, mikrokontrolörler ve diğer periferaller arasındaki bağlantılık için geniş olarak kullanılan I2C, SPI ve USB gibi çeşitli arayüz standartları içeriyor. Seri otobüsünün tasarımı, karıştırmak için bağışlanma konusunda, ağır elektromagnet araştırmaları ile çevrelerde kullanmak için uygun bir faydası verir. Örneğin, CAN otobüsü, otomatik ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan ortak seri iletişim protokolüdür ve onun güçlü hata tanıması ve reddediş mekanizması karmaşık ortamlarda güvenilir veri iletişimi sağlayan bir veri iletişimi.

Sadece bir veri parçası aynı zamanda yayılabilir, yani sadece bir araba yürümesine izin veren kısa bir yol gibi. Veriler birbirinden sonra, uzun bir veri kategorisi gibi görünür, bu yüzden "seri" denir.

Parallel transmisinin en iyi örnek hafıza çipi DDR'dir. D0-D7 ve DQS ve DQM veri hatlarının bir kopusu var. Bu çizgi seti birlikte yayılır. Hangi bit hatası olursa olsun, veri doğru yollamayacak. Sadece geri dön. Bu yüzden, veri kabelinin her kabli eşit uzunluğu olmalı ve birkaç kez yaralı olmalı.

Seri veriler farklı. Veriler birbirine gönderilir ve bitler arasında bağlantı yok. Bu bit'de bir hata yok ve sonraki bit yayılamaz. Parallel veriler bir parça yanlış olduğu bir veri setidir ve bütün veri seti çalışmayacak.

PCB düzenleme ihtiyaçları

Parallel otobüs düzenleme şartları:

(1) Otobüs tercih ederse içeriden bağlanması ve otobüs ile diğer sürücü arasındaki mesafe mümkün olduğunca artması öneriliyor.

(2) Özel ihtiyaçların yanında, tek çizgi tasarım impedansı 50 ohm olması garanti edildi ve farklı tasarım impedansı 100 ohm olması garanti edildi.

(3) Aynı otobüs grubunun aynı uzunluğunu sürdürmesini ve saat çizgisinin bazı zamanlama ilişkisini takip etmesini ve zamanlama analizinin güçlü sonuçlarına bağlı olduğu üzere sürükleme uzunluğunu kontrol etmesini öneriliyor.

(4) Referans uçağının bütünlüğünü sağlamak için bu grup otobüslerin I/O elektrik teslimatı ya da GND referens uçağına kadar yakın olması tavsiye edildi.

(5) 1'den az kalmış bir otobüs, tamamen bir referans uça ğına ihtiyacı var ve bölümünü geçmemeli.

(6) Aşağıdaki adres otobüsü saat düzenleme şartları ile ilgili konuşması öneriliyor.

(7) Yılanın rüzgar kablosunun boşluğu 3 kat genişliğinden az olmayacak.

Yüksek hızlı PCB seri otobüs düzenleme ihtiyaçları

Parallel otobüsler için genel kısa konuşma kontrolü ve kontrol kurallarını uygulamak üzere 100Mb'den yüksek frekans olan seri otobüsü için, düzenleme tasarımında bazı fazla ihtiyaçlar düşünmeli:

(1) Yüksek hızlı PCB seri otobüsü sürükleme kaybını ve çizgi genişliğini ve çizgi uzunluğunu belirlemesi gerekiyor.

(2) Sınır genişliği normal durumlar altında 5 milden az olması tavsiye ediliyor ve sürücü mümkün olduğunca kısa olmalı.

(3) Fanout viaları hariç, hızlı seri otobüsü yumruklamamalı ve değiştirmemeli.

(4) Seri otobüsü içindeki eklenti pinlerin hızı 3,125Gbps üzerinde olduğunda, anti-patlama sonsuz impedans tarafından neden radyasyon olmayan etkisini azaltmak için iyileştirilmeli.

(5) Yüksek hızlı seri otobüs sürücüsünün katmanlarını değiştirmesini öneriliyor. En küçük katmanın üstünde en küçük katmanı seçin. Konektöre sinyal için, fırlatma alanı sınırlı olduğunda, kısa sürücü ile fırlatma katı, gönderme sonuna tercih eder.

(6) Hızın 3,125Gbps veya yukarıda olduğunda sinyalin yanında bir yeryüzü deliğini sürdürmesi tavsiye ediliyor ve AC bağlama kapasitesini de anti-pad için özellikle tedavi etmesi gerekiyor.

(7) Eğer yüksek hızlı sinyal vialları arka sürüşünde işlenirse, enerji alanının ağır akışın kapasitesinin azalttığı ve akışın bozulduktan sonra filtr dönüşünün etkisini düşünmek gerekir.

(8) Yüksek hızlı sinyal uçak katının bölüm çizgisinden kaçınır ve sinyal çizginin kenarı ve bölüm çizginin kenarı arasındaki yatay uzağından 3W olması garanti edilir.

(9) Her iki yönde yüksek hızlı sinyaller geçmemeli ve yollamamalı.