Công nghệ PCB - Chiến lược cáp chuyên nghiệp trong bố trí PCB

Bố trí là một trong những kỹ năng cơ bản nhất của kỹ sư thiết kế PCB. Chất lượng của hệ thống cáp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Hầu hết các lý thuyết thiết kế tốc độ cao cuối cùng sẽ được thực hiện và xác minh thông qua bố cục. Do đó, hệ thống dây điện rất quan trọng trong thiết kế PCB tốc độ cao. Sau đây sẽ phân tích tính hợp lý của nó và đưa ra một số chiến lược cáp tối ưu cho một số tình huống có thể gặp phải trong hệ thống cáp thực tế. Phân tích chủ yếu được thực hiện từ ba khía cạnh của hệ thống cáp góc phải, phân phối khác biệt, hệ thống cáp serpentine, v.v.

1. Dây góc phải

Trong định tuyến PCB, thường được yêu cầu tránh định tuyến góc phải, và định tuyến góc phải gần như đã trở thành một trong những tiêu chuẩn để đo lường chất lượng định tuyến. Làm thế nào lớn là định tuyến góc phải ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu? Về nguyên tắc, hệ thống dây góc phải thay đổi chiều rộng đường truyền dẫn, dẫn đến sự gián đoạn của trở kháng. Trên thực tế, không chỉ dây góc phải, mà cả dây góc khiên và góc nhọn đều có thể gây ra những thay đổi trở kháng.

Tác động của cáp góc phải đối với tín hiệu chủ yếu được phản ánh trong ba khía cạnh: một là góc có thể tương đương với tải điện dung trên đường truyền để làm chậm thời gian tăng; Thứ hai, trở kháng không liên tục có thể gây ra phản xạ tín hiệu; Thứ ba là EMI được tạo ra bởi đầu góc phải.

Điện dung ký sinh gây ra bởi góc phải của đường truyền có thể được tính bằng công thức thực nghiệm sau:

C=61W（Er）[size=1]1/2[/size]/Z0

Trong công thức trên, C là điện dung tương đương của góc (tính bằng PF), W là chiều rộng của dây (tính bằng inch), đảo R là hằng số điện môi của môi trường và Z0 là trở kháng đặc trưng của đường truyền. Ví dụ, đối với một đường truyền 4mils 50ohm (Isla µR là 4,3), góc bên phải mang điện dung khoảng 0,0101pf và sau đó có thể ước tính sự thay đổi thời gian tăng do nó gây ra:

T10-90%=2.2*C*Z0/2=2.2*0.0101*50/2=0.556ps

Như bạn có thể thấy qua tính toán, hiệu ứng điện dung gây ra bởi hệ thống dây góc phải là cực kỳ nhỏ.

Khi chiều rộng của đường thẳng góc phải tăng lên, trở kháng sẽ giảm và sẽ xuất hiện hiện tượng phản xạ tín hiệu nhất định. Chúng ta có thể tính toán trở kháng tương đương sau khi tăng chiều rộng đường dựa trên công thức tính trở kháng được đề cập trong chương đường truyền và sau đó tính toán hệ số phản xạ dựa trên công thức thực nghiệm:

Í＝（zs-z0）/（zs+z0）。 Thông thường, sự thay đổi trở kháng do hệ thống dây góc phải là từ 7% -20%, do đó hệ số phản xạ tối đa là khoảng 0,1. Ngoài ra, như bạn có thể thấy trong hình dưới đây, trở kháng của đường truyền thay đổi đến mức tối thiểu trong một thời gian dài trên đường w/2 và sau đó trở lại trở kháng bình thường sau thời gian w/2. Toàn bộ thời gian thay đổi trở kháng là rất ngắn, thường trong vòng 10ps. Đối với việc truyền tín hiệu nói chung, sự thay đổi nhanh chóng và nhỏ này gần như không đáng kể.

Nhiều người có sự hiểu biết này về hệ thống dây góc phải, tin rằng đầu dễ dàng phát ra hoặc nhận sóng điện từ và tạo ra EMI, đó là một trong những lý do tại sao nhiều người tin rằng không thể sử dụng hệ thống dây góc phải. Tuy nhiên, kết quả của nhiều thử nghiệm thực tế cho thấy rằng cáp góc phải không tạo ra EMI đáng chú ý so với cáp thẳng. Có lẽ hiệu suất và mức độ thử nghiệm hiện tại của thiết bị đã hạn chế độ chính xác của thử nghiệm, nhưng ít nhất nó cho thấy một vấn đề là bức xạ từ tuyến đường góc phải nhỏ hơn lỗi đo của chính thiết bị.

Nói chung, hệ thống dây góc phải không tệ như bạn nghĩ. Ít nhất trong các ứng dụng dưới GHz, thử nghiệm TDR hầu như không phản ánh bất kỳ tác động nào như điện dung, phản xạ và EMI. Các kỹ sư thiết kế PCB tốc độ cao nên tập trung vào bố cục, thiết kế nguồn/mặt đất, thiết kế dây, quá lỗ, v.v. Tất nhiên, mặc dù tác động của hệ thống dây góc phải không nghiêm trọng lắm, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ta có thể sử dụng hệ thống dây góc phải trong tương lai. Chú ý đến chi tiết là tố chất cơ bản cần thiết cho mỗi kỹ sư giỏi. Ngoài ra, với sự phát triển nhanh chóng của các mạch kỹ thuật số, tần số tín hiệu được xử lý bởi các kỹ sư PCB sẽ tiếp tục tăng lên trong lĩnh vực thiết kế tần số vô tuyến trên 10GHz và những góc vuông nhỏ này có thể trở thành tâm điểm của các vấn đề tốc độ cao.

Dòng phân phối vi sai PCB

Tín hiệu vi sai ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thiết kế mạch tốc độ cao. Các tín hiệu quan trọng nhất trong mạch có xu hướng được thiết kế theo cấu trúc khác biệt. Điều gì làm cho nó rất phổ biến? Làm thế nào để đảm bảo hiệu suất tốt của nó trong thiết kế PCB? Với hai câu hỏi này, chúng ta sẽ nói về phần tiếp theo.

Differential signal là gì? Nói chung, một ổ đĩa gửi hai tín hiệu tương đương và nghịch pha, và người nhận biết liệu trạng thái logic là "0" hay "1" bằng cách so sánh sự khác biệt giữa hai điện áp. Cặp định tuyến mang tín hiệu khác biệt được gọi là định tuyến khác biệt.