Công nghệ PCB - Tính toàn vẹn tín hiệu và trở kháng đặc trưng của thiết bị

Vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu có thể gây ra một số rắc rối khi bạn cố gắng ổn định các tín hiệu khác nhau trên bảng. Mô hình IBIS là một cách dễ dàng để giải quyết những vấn đề này. Bạn có thể sử dụng mô hình IBIS để trích xuất một số biến quan trọng cho tính toán toàn vẹn tín hiệu và tìm giải pháp cho thiết kế PCB. Các giá trị khác nhau được trích xuất từ mô hình IBIS là một phần không thể thiếu trong tính toán thiết kế tính toàn vẹn tín hiệu.

Khi bạn đối phó với các vấn đề phù hợp với đường truyền trong hệ thống của bạn, bạn cần phải hiểu điện trở kháng và các tính năng của mạch tích hợp và đường PCB. Hình 1 cho thấy cấu trúc của đường truyền đơn đầu.

Hình 1 Đường truyền đơn kết nối máy phát, đường truyền và cụm máy thu

Về đường truyền, chúng ta có thể trích xuất trở kháng đầu ra của máy phát (ZT, Isla ©) và trở kháng đầu vào của máy thu (ZR, Isla ©) từ mô hình IC IBIS. Thông thường, các thông số kỹ thuật sản phẩm của các nhà sản xuất IC không mô tả các thông số kỹ thuật mạch tích hợp (IC) này, nhưng bạn có thể nhận được tất cả các giá trị này thông qua mô hình IBIS.

Bạn có thể xác định đường truyền bằng bốn tham số sau: Trở kháng đặc trưng (Z0, Isla ©), Độ trễ lan truyền bảng (D, ps/in), Độ trễ lan truyền dòng (tD, giây) và Độ dài dấu vết (length, inch). Nói chung, các tấm FR-4 có phạm vi Z0 từ 50 đến 75 và D từ 140 ps/in đến 180 ps/in. Giá trị thực tế của Z0 và D phụ thuộc vào vật liệu và kích thước vật lý của đường truyền thực tế ("Reference 1"). Độ trễ dòng (tD) trên một bảng mạch cụ thể bằng độ trễ truyền (D) nhân với độ dài dấu vết (length) mà bạn đang sử dụng. Tất cả các tấm được tính bằng:

tD=D * Chiều dài

Khi sử dụng tấm FR-4, độ trễ truyền băng hợp lý là 178 ps/inch và trở kháng đặc trưng là 50 đảo.

Thông số kỹ thuật của máy phát để đánh giá tính toàn vẹn tín hiệu là trở kháng đầu ra (ZT). Khi xác định trở kháng đầu ra, vùng [Pin] trong mô hình IBIS cung cấp các giá trị ký sinh của điện trở, cảm ứng và điện dung của mỗi chân. Sau đó, bạn có thể đặt các tụ điện đóng gói và giá trị tụ điện (C_comp) của mỗi bộ đệm lại với nhau để có được bức tranh rõ ràng hơn.

Như được mô tả trong [Component], [Manufacturer] và [Package] phía trên từ khóa [Pin], các từ khóa [Pin] có liên quan đến các gói cụ thể. Bạn sẽ tìm thấy điện dung đóng gói và cảm ứng trong bảng từ khóa [Pin], vì nó liên quan đến pin. Ví dụ, trong mô hình ads129x.ibs ("Reference 2"), hình 2 cho thấy vị trí của giá trị L_pin và giá trị C_pin của tín hiệu GPIO4 cho chân 5E (PBGA, đóng gói 64 pin).

Hình 2 Danh sách các gói ads1296zxg bao gồm giá trị C_pin

Tín hiệu và đóng gói L_pin (pin cảm) và C_pin (pin tụ) lần lượt là 1,489NH và 0,28001pF.

Giá trị điện dung quan trọng thứ hai là giá trị C_comp dưới từ khóa [Model]. Cũng giống như bạn tìm thấy mô hình chính xác trong mô hình IBIS, bạn sẽ tìm thấy một danh sách các giá trị C_comp. Hình 3 cho thấy một ví dụ về C_comp trong mô hình DIO_33 ("Reference 2").

Hình 3 Trong ads129x.ibs, đây là danh sách các kiểu DIO_33 và các giá trị C_comp liên quan của chúng.

Trong khai báo trong Hình 3, ký hiệu "|" đại diện cho một ghi chú. Danh sách hợp lệ của C_comp ("Reference 3") trong tuyên bố này là:

Giá trị tiêu biểu Tối thiểu Tối đa

PVT danh nghĩa (Fast PVT)

C_comp 3.0727220e-12 2.3187130e-12 3.8529520e-12

Với danh sách này, nhà thiết kế PCB có thể chọn giữa ba giá trị. Trong giai đoạn thiết kế đường truyền PCB, giá trị điển hình của 3.072722 Pf là sự lựa chọn đúng đắn.

Mô hình IBIS cung cấp cho các nhà thiết kế PCB một số manh mối cho phép họ mô phỏng bảng mạch trước khi đi vào thiết kế nguyên mẫu. Nếu bạn biết phương pháp tìm kiếm, mô hình IBIS có thể cung cấp cho bạn trở kháng đặc trưng và điện dung của tất cả các chân. Bước tiếp theo trong đánh giá là xác định điện trở đầu vào/đầu ra của mỗi bộ đệm mà chúng tôi sẽ đề cập trong lần tới.