Chính xác sản xuất PCB, PCB tần số cao, PCB cao tốc, PCB chuẩn, PCB đa lớp và PCB.
Nhà máy dịch vụ tùy chỉnh PCB & PCBA đáng tin cậy nhất.
Với sự phát triển liên tục của công nghệ bán dẫn và công nghệ micron áp suất sâu, tốc độ chuyển mạch của IC đã được cải thiện từ vài chục MHz đến vài trăm MHz và thậm chí lên đến vài GHz. Trong thiết kế PCB tốc độ cao, các kỹ sư thường gặp phải các vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu, chẳng hạn như kích hoạt giả, dao động giảm xóc, giật, và nhiễu xuyên âm. Bài viết này thảo luận về lý do tại sao chúng được hình thành, phương pháp tính toán và cách sử dụng phương pháp mô phỏng IBIS trong Allegro để giải quyết những vấn đề này.
1 Định nghĩa toàn vẹn tín hiệu
Tính toàn vẹn tín hiệu (SI) đề cập đến chất lượng tín hiệu trên đường tín hiệu. Tính toàn vẹn tín hiệu kém không phải do một yếu tố duy nhất, mà là sự kết hợp của nhiều yếu tố trong thiết kế cấp bảng. Nguyên nhân của Signal Integrity
Sự gián đoạn bao gồm phản xạ, rung chuông, hồi phục mặt đất, nhiễu xuyên âm, v.v. Với tần số tín hiệu tăng lên, tính toàn vẹn của tín hiệu đã trở thành trọng tâm của các kỹ sư PCB tốc độ cao.
2 Phản xạ
2.1 Hình thành và tính toán phản xạ
Sự gián đoạn trở kháng trên đường truyền dẫn dẫn đến tín hiệu bị phản xạ và tải sẽ phản xạ một phần điện áp trở lại nguồn khi trở kháng nguồn và tải không phù hợp. Đường truyền vi sai giải quyết nhiều vấn đề.
Differential signal là gì? Nói một cách đơn giản, ổ đĩa gửi hai tín hiệu nghịch tương đương và bộ thu so sánh sự khác biệt giữa hai điện áp để xác định xem trạng thái logic là "0" hay "1". Cặp đường này mang tín hiệu khác biệt được gọi là đường khác biệt. Làm thế nào để tính trở kháng dòng vi sai? Trở kháng của các tín hiệu khác nhau không giống nhau, chẳng hạn như USB D+D-, trở kháng của đường vi sai là 90 ohms, đường vi sai 1394 là 110 ohms, trước tiên hãy xem thông số kỹ thuật hoặc thông tin liên quan. Bây giờ có rất nhiều công cụ tính toán trở kháng, chẳng hạn như Polar SI9000, các yếu tố ảnh hưởng đến trở kháng khác biệt là chiều rộng đường, khoảng cách đường khác biệt, hằng số điện môi, độ dày điện môi (độ dày điện môi giữa đường khác biệt và bề mặt tham chiếu), thường bằng cách điều chỉnh khoảng cách và chiều rộng đường khác biệt để kiểm soát trở kháng khác biệt. Khi làm một tấm, nhà sản xuất cũng nên được thông báo về dòng mà họ muốn kiểm soát trở kháng. Một tín hiệu khác biệt là một đại diện số của sự khác biệt giữa hai đại lượng vật lý. Nói một cách chính xác, tất cả các tín hiệu điện áp là khác biệt, vì một điện áp chỉ có thể liên quan đến một điện áp khác. Trong một số hệ thống, hệ thống nối đất được sử dụng như một điểm tham chiếu điện áp. Việc lập kế hoạch tín hiệu này được coi là đơn đầu khi mặt đất được sử dụng làm tham chiếu để đo điện áp. Chúng tôi sử dụng thuật ngữ này vì tín hiệu được biểu thị bằng điện áp trên một dây dẫn duy nhất.
Ưu điểm của tín hiệu khác biệt là vì bạn đang điều khiển điện áp "tham chiếu", nó rất dễ dàng để xác định các tín hiệu nhỏ. Trong sơ đồ tín hiệu đơn đầu trên mặt đất, giá trị của tín hiệu đo được phụ thuộc vào tính nhất quán của hệ thống trên mặt đất. Nguồn và máy thu càng xa, khả năng giá trị điện áp cục bộ của chúng sẽ khác nhau càng lớn. Các giá trị tín hiệu phục hồi từ tín hiệu khác biệt phần lớn không liên quan đến giá trị của "mặt đất", nhưng trong một phạm vi nhất định.
Ưu điểm thứ hai của tín hiệu vi sai là khả năng chống nhiễu điện từ bên ngoài (EMI). Các nguồn gây nhiễu có ảnh hưởng gần như bằng nhau đến mỗi đầu của cặp tín hiệu khác biệt. Vì chênh lệch điện áp PADSLOGIC trong PADS xác định giá trị tín hiệu, bất kỳ nhiễu tương tự nào xảy ra trên cả hai dây sẽ bị bỏ qua. Ngoài việc ít nhạy cảm với nhiễu, tín hiệu vi sai tạo ra ít EMI hơn tín hiệu một đầu.
Ưu điểm thứ ba của tín hiệu khác biệt là định vị theo thời gian. Vì sự thay đổi chuyển đổi tín hiệu khác biệt nằm ở giao điểm của hai tín hiệu, không giống như tín hiệu đầu đơn thông thường phụ thuộc vào phán đoán cao và thấp của điện áp ngưỡng, nó ít bị ảnh hưởng bởi quá trình và nhiệt độ, có thể giảm lỗi thời gian, phù hợp hơn với mạch của tín hiệu biên độ thấp. LVDS (Low Voltage Differential Signaling - Tín hiệu chênh lệch áp suất thấp) là một kỹ thuật phổ biến cho tín hiệu chênh lệch biên độ nhỏ.
Sự khác biệt có thể không tính đến Crosstalk vì kết quả Crosstalk của chúng được bù đắp khi được chấp nhận. Mặt khác, chênh lệch chính là đường cân bằng, song song chỉ là một phần của cân bằng.
Tôi nghĩ nên yêu cầu ghép cặp chênh lệch. Đối với kết hợp dây đơn, mặc dù về mặt lý thuyết đã trưởng thành, nhưng dây PCB thực tế vẫn có lỗi khoảng 5% (đối với một vật liệu, tôi đã không tự làm). Mặt khác, một đường khác biệt có thể được coi là một hệ thống tự lặp hoặc tín hiệu của hai đường tín hiệu của nó có liên quan. Khớp nối lỏng lẻo có thể gây nhiễu từ các nguồn khác nhau và đối với một số mạch giao diện, độ dài bằng nhau của cặp chênh lệch đào tạo Allegro là một yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát độ trễ đường dây. Vì vậy, tôi nghĩ rằng sự khác biệt nên được kết hợp chặt chẽ.
Duy trì khớp nối tốt là thuận lợi cho hầu hết các PCBS tốc độ cao hiện nay
Nhưng tôi hy vọng bạn không nhầm lẫn khớp nối là cần thiết cho các cặp xấu, điều này đôi khi có thể hạn chế ý tưởng thiết kế.
Khi thực hiện thiết kế hoặc phân tích tốc độ cao, chúng ta không chỉ cần biết hầu hết mọi người làm điều đó như thế nào, mà còn hiểu tại sao những người khác làm điều đó, sau đó hiểu và cải thiện dựa trên kinh nghiệm của người khác, liên tục rèn luyện tư duy sáng tạo của chúng ta. Nghĩ rằng tín hiệu khác biệt không cần mặt phẳng mặt đất làm đường dẫn trở lại hoặc các đường khác biệt cung cấp đường dẫn trở lại cho nhau. Lý do cho sự hiểu lầm này là do các hiện tượng bề mặt bị nhầm lẫn hoặc cơ chế truyền tín hiệu tốc độ cao không đủ sâu. Các mạch vi sai không nhạy cảm với các máy chiếu mặt đất tương tự và các tín hiệu nhiễu khác có thể có trong nguồn điện và hệ thống. Sự trở lại của phần bù đắp mặt đất không có nghĩa là mạch vi sai không quay trở lại làm đường dẫn tín hiệu của mặt phẳng tham chiếu, trên thực tế trong phân tích dòng tín hiệu, đường vi sai và đường đi đơn đầu phổ biến là nhất quán, cơ chế của tín hiệu tần số cao luôn quay trở lại dọc theo điện cảm của mạch, đường vi sai giữa các điểm khác biệt ngoài việc có khớp nối với mặt đất, còn có khớp nối lẫn nhau, bất kể khớp nối mạnh nào trở thành đường dẫn trở lại chính. Trong thiết kế mạch PCB, độ khớp nối giữa các đường phân phối khác biệt thường nhỏ, thường chỉ chiếm 10~20% độ khớp nối và hầu hết các khớp nối là đối đất, vì vậy đường dẫn hồi lưu chính của đường phân phối khác biệt vẫn tồn tại trong hệ tầng. Khi mặt phẳng cục bộ không liên tục xảy ra, khớp nối giữa các đường phân phối khác biệt sẽ cung cấp đường dẫn hồi lưu chính trong các khu vực không có mặt phẳng tham chiếu. Mặc dù sự gián đoạn của mặt phẳng tham chiếu ảnh hưởng đến các đường phân phối khác biệt không nghiêm trọng như hệ thống cáp đơn đầu thông thường, nhưng nó vẫn làm giảm chất lượng tín hiệu khác biệt và tăng EMI, điều này nên tránh càng nhiều càng tốt. Một số nhà thiết kế tin rằng mặt phẳng tham chiếu của đường truyền vi sai có thể được loại bỏ để ngăn chặn một phần của tín hiệu chế độ chung trong truyền vi sai, nhưng về mặt lý thuyết phương pháp này là không mong muốn. Làm thế nào để kiểm soát trở kháng? Tín hiệu chế độ chung, trong trường hợp không cung cấp vòng trở kháng nối đất, chắc chắn sẽ tạo ra bức xạ EMI, gây hại nhiều hơn lợi.
Maintaining equal spacing is considered more important than matching line length. In the actual PCB wiring, it is often unable to meet the requirements of differential design. Due to the distribution of pins, holes, and routing space and other factors, it is necessary to achieve the purpose of line length matching through appropriate winding, but the result is inevitably that part of the difference pair cannot be parallel. The important rule in PCB differential wiring design is to match the line length, other rules can be flexibly handled according to the design requirements and practical application.
