طراحی رابط های دیجیتال با سرعت بالا نیاز به توجه دقیق به یکپارچگی سیگنال برای حفظ انتقال داده بدون خطا به عنوان سرعت ساعت و داده ها از طریق خروجی دارند.در سرعت های چند گیگابایتی، حتی نقص های جزئی در یک صفحه مدار چاپی (PCB) یا انتخاب جزء می تواند منجر به تخریب سیگنال شدید، منجر به به حداقل رساندن خطاهای کوچک، کاهش حاشیه صدا، و بی ثباتی سیستم شود، باید یک تکنیک جامع از راه اندازی دقیق و کنترل مواد را به پوشش سیگنال های پیشرفته و تنظیم کند.

درک سیگنال Degradation

تخریب سیگنال شامل هر گونه تغییر در دامنه سیگنال دیجیتال، زمان بندی یا شکل است، زیرا از راننده به گیرنده منتشر می شود.در فرکانس های بالا، اثرات انگلی که در سرعت های پایین قابل توجه هستند، غالب می شوند.

  • مداخله ی الکترو مغناطیسی [EMI] - منابع سر و صدا خارجی همراه با خط انتقال.
  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱]] [۱]] [۱۰]] [۱] [۱]] [۱] [۱]] [۱]] [۱] [۱]] [۱۰]] [۱] [۱]] [۱] [۱]] [۱] [۱]] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱]] [۱]]]]] [۱]]] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۳] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳]
  • [[۱] [۱۰] عدم توازن [۱۰] - عدم تطابق بین ویژگی های ظریف و بار، منبع، یا اتصال، و یا انعکاس، باعث انعکاس می شود.
  • اثر و از دست دادن دی الکتریک [FLT 1] - با فرکانس های بالا، تمرکز فعلی بر سطح رسانا، افزایش مقاومت، در حالی که بستر جذب انرژی به عنوان گرما.
  • سر و صدا تغییر پوست (SSN) - نوسانات ولتاژ در قدرت و هواپیماهای زمینی به دلیل مسیرهای فعلی بالا.

هر یک از این عوامل به کاهش نسبت سیگنال به زمان (SNR) و زمان بندی حاشیه کمک می کند.برای عملیات قابل اعتماد، طراحان باید اطمینان حاصل کنند که کل تخریب در آستانه های مشخص شده گیرنده باقی مانده است. درک این مکانیسم ها اولین گام برای اجرای اقدامات متقابل موثر است.

تکنیک های کلیدی برای کاهش رتبه بندی سیگنال

۱- طراحی عملیاتی کنترل شده

حفظ یک ویژگی ثابت در طول مسیر سیگنال بسیار مهم است. انعکاس در هر نقطه ای که تغییرات فوری ناتوانی، مانند از طریق، انتقال کانکتور یا به طور نادرست خاتمه می یابد، برای دستیابی به عدم کنترل، طراحان ردیابی هندسه - ارتفاع بالاتر از هواپیما مرجع، و مجوز مواد الکتریکی (د) با استفاده از زمینه تجربی یا فرمول های تجربی حل می شود.

خطوط انتقال عمومی شامل میکروسفر (تrace در لایه خارجی با یک هواپیمای مرجع زیر) و خط (تعالی بین دو هواپیمای مرجع) است) نوار خط ارائه می دهد بهتر سپر و گفتگوی متقابل پایین تر اما اضافه کردن هزینه ساخت HDMI باید در اوایل برنامه ریزی شده، و تولید کننده PCB باید تایید عدم نظارت بر کوپن های معمولی هدف برای رابط کاربری تک، در حالی که اغلب بسته به 100 جفت، بسته است.

استفاده از ماشین حساب های بدون عیب یا ابزار شبیه سازی (به عنوان مثال، Polar Si9000، Ansys Q2D) کمک می کند تا عرض و فاصله مورد نیاز را تعیین کند، همچنین مهم است که اثر ماسک فروخته شده را در نظر بگیرید - ثابت دی الکتریک آن می تواند عدم نفوذ را با 2 -5 Ω کاهش دهد اگر برای بسیاری از سازندگان "پیشنهاد دقیق" ارائه نمی دهد.

۲- استراتژی های مناسب برای مدت زمان بندی

دوره جذب انرژی سیگنال های منعکس شده است که در غیر این صورت به عقب و جلو سفر می کنند، ایجاد زنگ و بیش از حد، انتخاب بستگی به توپولوژی و ویژگی های راننده دارد:

  • خاتمه سری: مقاومت در مجموعه (نزدیک راننده) برابر با تفاوت بین بی ثباتی خروجی راننده و ضعف مشخصه خط است که به طور معمول برای خطوط نقطه به نقطه مانند ساعت یا سیگنال های تک استفاده می شود.
  • پایان نامه: مقاومت در برابر زمین (یا VCC) در پایان گیرنده، با خط مشی موثر برای خطوط طولانی اما افزایش اتلاف برق DC مطابقت دارد.
  • خاتمه: یک خازن سری و مقاومت در گیرنده را مسدود می کند، در حالی که سیگنال AC را نام گذاری می کند، کاهش استفاده از قدرت؛ ایده آل برای اتوبوس های با سرعت بالا مانند حافظه DDR.
  • پایان یافتگان: دو مقاومت (یک به VCC، یکی به زمین) در گیرنده، با معادل موازی با خط بی نظیر است که اغلب در سیگنال های مختلف استفاده می شود و یا یک ولتاژ حالت مشترک تنظیم می شود.

برای جفت های مختلف، خاتمه باید در سراسر جفت (به عنوان مثال، یک مقاومت 100 Ω بین خطوط مثبت و منفی) اعمال شود که شکست به درستی خاتمه می یابد، علت اصلی مسائل انعکاس سیگنال است. Analog] مقاله در تکنیک های خاتمه [FLT 1] مقایسه عملی هر روش را ارائه می دهد.

۳- سیگنال های مختلف

سیگنال های مختلف داده ها را بیش از دو رد مکمل انتقال می دهد - یک غیر معکوس، یک معکوس - با گیرنده سنجش تفاوت ولتاژ.این رویکرد مزایای متعددی برای رابط های با سرعت بالا ارائه می دهد:

  • رد کردن موهوم: زوج های مداخله الکترومغناطیسی به طور مساوی در هر دو خط و لغو، بهبود ایمنی سر و صدا.
  • فرو رفته: جریانهای برابر اما متضاد ایجاد می کنند لغو میدان مغناطیسی، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای.
  • حاشیه های سر و صدا بالا: [FLT 1] گیرنده نوسانات ولتاژ کوچک را تشخیص می دهد، فعال کردن عملکرد قدرت پایین تر با سرعت بالا.

جفت های مختلف برای استانداردهایی مانند USB 3.x، HDMI، DisplayPort، PCI Express و Ethernet 10GBASE-T. قوانین طرح کلید شامل نگه داشتن جفت به شدت همراه (فاصله کنترل شده)، تطبیق طول ردیابی در چند خانواده (به حداقل رساندن انحراف)، و اجتناب از 90 درجه که ایجاد وقفه های نامطلوب است. جفت باید مسیر بیش از یک خط انتقال پیوسته باشد و نیاز به لایه های متعادل سازی دارد:

۴- ردیابی مدیریت طول و Optimized Set

طرح فیزیکی به طور مستقیم بر تخریب سیگنال تأثیر می گذارد. ردهای کوتاه تر کاهش سرعت و تاخیر را کاهش می دهد، اما در تخته های پیچیده، طول گاهی برای مسیر اطراف موانع ضروری است.

  • برای اتوبوس های موازی (DDR، MIPI) و جفت های مختلف، تفاوت تاخیر باعث ایجاد انحراف می شود.استفاده از مارین برای مطابقت با طول، اما نگه داشتن زمین مارین حداقل سه بار عرض برای به حداقل رساندن انحراف متقابل.
  • از طریق استفاده از آن استفاده کنید: هر یک از طریق معرفی خازن انگل و استنتاج، برای سیگنال های با سرعت بالا، استفاده از back-drilling برای حذف استفاده از استفاده از طریق stubs، یا استفاده از میکروvia برای انتقال لایه.
  • هواپیماهای مرجع ثابت: از قطع زمین یا هواپیما در زیر ردهای سرعت بالا اجتناب کنید. Gaps ایجاد وقفه های ناتوان و افزایش عیب یابی حلقه.
  • کنترل مسیر برگشت: سیگنال های سریع باید یک مسیر برگشت بی وقفه در زیر آنها را در یک هواپیمای مجاور داشته باشند.
  • مناطق را نگه دارید: جداسازی بین ردهای سرعت بالا و خطوط دیگر یا سیگنال های آنالوگ حساس را حفظ کنید. A Rule از انگشت شست 3 تا 5 برابر عرض ردیابی (3W تا 5W) برای کاهش قابل قبول متقابل است.

ابزارهای طراحی PCB مانند Mentor PADS، Cadence Allegro و Altium Designer شامل مدیران محدود برای تنظیم طول، فاصله و الزامات کمبود است. IEEE مقالات در بهینه سازی طرح سریع بالا ارائه بینش های بیشتر در مورد طرح شبیه سازی مبتنی بر شبیه سازی.

بهترین تمرین های اضافی

تسلط و قدرت صداقت

توزیع قدرت کم کسر برای سطوح ولتاژ پایدار و کاهش نویز ضروری است.استفاده از چندین طریق برای اتصالات قدرت و زمین، و خازن های کم ارتفاع نزدیک به پین های قدرت IC است. یک هواپیمای زمینی اختصاصی و یک هواپیمای برق، با کمترین جدایی، یک مسیر کم سرعت ایجاد می کند.

دانلود بازی Shield and EMI Mitigation

محفظه های محافظت خارجی (cans) در اطراف بلوک های با فرکانس بالا، انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهند و از آن در برابر EMI خارجی محافظت می کنند، رد و موم با چسب های جامد از طریق خطوط سرعت بالا می تواند یک سپر بین خطوط سرعت بالا به ویژه رابط های پر سر و صدا مانند سیگنال های ساعت، مسیر آنها به عنوان خط (بین دو هواپیما) برای محدود کردن میدان های الکترومغناطیسی فراهم کند.

انتخاب مواد

خواص مواد دی الکتریک - در درجه اول عامل اتلاف آن (Df) و ثابت دی الکتریک (Dk) - به طور قابل توجهی کاهش سیگنال در فرکانس های بالا تاثیر می گذارد. Standard FR-4 دارای Df از ~0.02 است که باعث از دست دادن قابل توجه بالاتر از 5 گیگاهرتز می شود (به عنوان مثال، 25 گیگابیت و فراتر)، مواد کم از حد و کم است که راجرز 4350B یا مواد توصیه می شود، کاهش و Dchy در این تغییرات بسیار پایین تر است.

شبیه سازی و تجزیه و تحلیل پیش ازLayout

قبل از انجام یک طرح PCB، شبیه سازی های پیش از حد را برای ارزیابی پشته های مختلف، ردیابی ژئومترها و ارزش های خاتمه اجرا کنید. Tools مانند HyperLynx، SiSoft QSI یا Ansys SIwave اجازه می دهد تا طراحان مدل S-parameters و نمودار چشم را شناسایی کنند. Post-layout استخراج و شبیه سازی می تواند نقاط مشکل را شناسایی کند - مانند قطع یا یکپارچگی بیش از حد - در حال حاضر تأیید یک پروژه های سرعت ساخت سیگنال بالا در بسیاری از حد بالا.

نتیجه گیری

طراحی رابط های دیجیتال با سرعت بالا با حداقل تخریب سیگنال نیاز به ترکیبی منظم از اصول مهندسی برق و پیاده سازی دقیق PCB. کنترل ایمنی، خاتمه مناسب، سیگنال های دیفرانسیل و طرح بهینه شده پایه و اساس را تشکیل می دهد، توجه اضافی به یکپارچگی قدرت، انتخاب سریع مواد، و شبیه سازی عملکرد قوی در سراسر دما و تغییرات تولید را تضمین می کند، زیرا نرخ داده ها همچنان به بالا رفتن، این تکنیک ها نه تنها بهترین شیوه ها، بلکه برای طراحان سیستم های قابل اعتماد است.