האתגר של קשרים בין-רגישות גבוהה

אות במהירות גבוהה מתפרסמת פריסות PCB צפופות הפך לאחד ההיבטים התובעניים ביותר של עיצוב אלקטרוניקה מודרני. כמו שחותני רכיב להגדיל ואת שיעורי קצה קצה קצה קצה האצה, מהנדסים חייבים לנווט נוף שבו כל מילימטר של נחושת וכל דרך מציג השפלה פוטנציאלית.המטרה הבסיסית נותרה ללא שינוי: לשמור על שלמות של נהג למקלט בעוד צמצום ההתערבות אלקטרומגנטית (EMI).

יסודות התנהגות אות מהיר בסביבה Dense

לפני צלילה לטכניקות ספציפיות של גילוח, חיוני להבין מדוע צפיפות מחמירה בעיות שלמות אות. אותות מהירות גבוהה מאופיין על ידי שערי קצה מהיר (קומו וזמני הסתיו) אשר מייצרים הרמוניות גבוהה.ב פריסות צפופות, הקרבה של עקבות, דרך, ורכיבים מגבירים את ההפיכה רפלקטיבית ו אינדוקטיבית.כל דרך נוכחית הופכת למקור פוטנציאלי של רעש משותף.

  • (FLT:0) Transmission Line Effects: 1FLT כאשר אורך העקב עולה על אחד מגובה של אורך הגל המקביל של האות, יש להתייחס לציור כקו שידור עם תנופה אופיינית.
  • (ב) ⁇ :0) ,Crosstalk: 1FLT:1 Capacitive ו- inductive הפיכה בין עקבות סמוכים יוצרת רעש שיכול להשחית אותות הקורבן.
  • (FLT:0) תגובתו הסנסטית: FLT:1 ויאס, כריות ואפילו פינות מעקב מציגות אינדוקטי רוח וכניעה צפופה, מספר הדרכים לפתות נוטה להגדיל עקב מעברים שכבתיים, הגדלת ההשפעות הללו.
  • (FLT:0) החזרה של נתיב דיסקונטיניות: ⁇ 1 (A high-speed Signals Return Current Flow on the following הקרוב ביותר. disntinuities in the Plane (למשל, פיצולים, רִיק, או חריצים) לכפות את החזרה הנוכחית ל detour, יצירת שטף וקרינה.

הכרה ביסודות אלה קובעת את הבמה עבור התרגולים המותאמים הבאים.

מעבדים של Layer-Up Optimization for Dense Boards

בחירת מספר נכון של שכבות

פריסות Dense דורשות לעתים קרובות מספר מטוסים קרקעיים וכוח לספק נתיבים החזרה להורדת לחץ ומגן. A שישה שכבות ערימה הוא נפוץ עבור צפיפות בינונית, אבל עיצובים מהירים עם זוגות שונים רבים עשויים לדרוש שמונה או עשר שכבות.המפתח הוא לצמד כל שכבת ריצוף במהירות גבוהה עם מטוס התייחסות מוצק צמוד.

דיאלקטרי: דיאלקטרי

קבוע הדיאלקטרי (Dk) וגורם הניתוק (Df) של ההשפעה המצעית ישירות של שליטה ואובדן אות. עבור מהירות גבוהה ניתוק בלוחות צפופים, חומרים נמוכים כגון רוג'רס 4350B או Isola IS620 מעדיפים על תקן FR-4.למרות יקר יותר, הם מספקים סובלנות Dk וקליטה נמוכה יותר, אשר קריטי כאשר עקבות הם קצר הם עקבות הם צרים וקבועים הוא תמיד חומר מכווץ עבור אינדקס Dc.

טרום-preg ו- Core Thickness

דיאלקטריק דקנר בין אותות ומטוסי התייחסות מאפשרים הפיכה הדוקה יותר, אשר מפחיתה את הדיבורים ותחתית את הדחף באורך יחידה.עם זאת, עלייה חדה מדי של דיאלקטרי מגבירה את הציפוי, לטעון את הנהג. נקודת התחלה נפוצה עבור עיצובים HDI צפופים הוא 4 mil (0.1 מ"מ) בין שכבות אותות חיצוניים לבין המטוס הקרקע הסמוך. השתמש בערימה כדי לאמת כי הם מעכבי (או מ"מ) עם 50 גרם יחיד, 000) עם חומרים נבחרים עם חומרים שונים, 000 או מ"מ) עם חומרים שונים.

משיכת הפרקטיקה הטובה ביותר עבור ה-HDI Boards

עדיפויות של מסלולים קצרים, ישירים עם גישה מיקרוסטריפ

כלל הזהב נשאר: לשמור אותות מהירים ככל האפשר.בפריסות צפופות, זה לעתים קרובות אומר הצבת רכיבים קריטיים כגון גנרטורי שעונים, סרהרסצ'יברס, ובקרי זיכרון מהירים קרוב יותר למחבר הקצה או מעבד ככל האפשר. השתמש במנהטן (הסרזונות על שכבה אחת, אנכית על גבי) כדי למנוע עקבות חלקיות כאשר הם משתמשים, 45 מעלות צלזיוס, במקום שימוש לא מתאים ל-מפוספסים, במקום ל-מדומים.

שליטה על חוסר יכולת באמצעות גאומטריה

אימפולס נקבע על ידי רוחב עקבות, עובי נחושת, גובה דיאלקטרי, קבוע דיאלקטרי. בעיצובים צפופים, רוחבי עקבות נאלצים לעתים קרובות להיות צר יותר (למשל, 4-5 mil עבור 50 ⁇ על 4 חלב dielectric) זה מגביר את ההפסדים התנגדות אבל הוא הכרחי כדי להתאים את קטעי מחשבוני routing בתוך הכלי EDA שלך כדי לאמת את המטרה ניתן להשיג את אותות קיבולת 3x לפחות.

Pair רוסינג עם Precision

ממשקים מהירים כמו USB 3.0, PCIe Gen 4/5 ו 10 Gigabit Ethernet מסתמכים על אותות שונים.במועצות צפופות, האתגרים המרכזיים נשמרים לאורך זמן התאמה בתוך סובלנות הדוקה (למשל, ±5 mil עבור 100 ps עלייה פעמים) ולשלוט על המסלולים השונים של העובר (בטווח כפול) על פני זוג חזק (במהירויות של ספיגה שווה לשכבות) והימנעות משינוי פנימי (לא תמיד).

הפרדה בין High-Speed ו- Low-Speed Signals

בפריסה צפופה, הפרדה פיזית של תחומים רועשים היא קריטית.קבוצת כל הקווים המהירים יחד בערוץ חתירה ייעודי, מופרד אנלוגי, כוח, ואותות בקרה מהירה נמוכה על ידי עקבות קרקע או מכנה מלא נחושת. לשמור על אזור שמירה של לפחות 10-20 מיליון דולר על כל צד של החבילה במהירות גבוהה.לעולם אל תסלול עקבות במהירות גבוהה ישירות על פני התפצלה במישור - זה יכול לגרום חסינות גדולה או לכשלים או לכשלים גדולים.

משמרת טרמפ וקופרנר גלווי

עבור אותות רגישים במיוחד (למשל, RF או קווי שעון), לשקול באמצעות קוהר גל קונדר עם תצורה (CPWG): עקבות על השכבה העליונה עם מטוסים קרקעיים משני הצדדים של העקב על אותה שכבה. מסלולים הקרקע צריך להיות מחובר למטוס הבסיס באמצעות תפרים דרך תפרים ממולאים ב λ/10 או קרוב יותר (למשל, כל 100-200 חלב עבור 2-2 מספק מאוחר יותר GHz).

חוקי ריגול עבור Crosstalk Mitigation

קרוסטור הוא פונקציה של אורך הפיכה והיקף קצה-כדי-להזף ספאק.במועצות צפופות, התכווצות בין עקבות מהירות גבוהה סמוכים צריך להיות לפחות 3× רוחב העקב (3W כלל) כדי לשמור על הפיכה אינדוקטיבית ושברירית מתחת לרמות מקובלות.עבור צפיפות אגרסיבית, חוק 4W עשוי להיות נחוץ. כאשר ניתוק זוגות שונים, לשמור על הצמד-to-paciring לפחות כדי למנוע סימולציה של 2.

Via Minimization and Optimization

כל דרך מציגה אינדוקטיבציה (בדרך כלל 0.5-1 nH) ו- capacitance (0.1-0.5 pF) בפריסות צפופות, הפיתוי להשתמש באמצעות בריחה מחוספס גבוה, אבל כל אחד באמצעות פחתות אות במהירות גבוהה כדי להסיר אותות במהירות גבוהה על ידי שני מעברים (למשל, מלמעלה לשכבה פנימית ובחזרה לאזור אחר).

פתיחות וחזרה

מטוסים חזקים ללא הפסקות

מטוס קרקע לא מופרע הוא האלמנט היעיל ביותר עבור שלמות אות מהירה גבוהה.בעיצובים צפופים, שכבות אות לעתים קרובות צריך לעבור על שכבות מרובות, אבל כל אות חייב להיות נתיב החזרה רציף מיד מתחתיו.לעולם אל תצמיד אות במהירות גבוהה על פער במטוס הקרקע הנגרמת על ידי מערךים, איים כוח, או חיבור שדות.אם מעבר פיצול הוא בלתי נמנע, מתפתל אות במהירות גבוהה (Fg), או מעבר לנקודה גבוהה).

אנגלית: Quantity and Placement

ניתוק דרך דרך חיבור מטוסים קרקעיים יחד ולהפחית את החדירה של נתיבי החזרה. Place תפרים דרך כל דרך מעבר זה אות במהירות גבוהה משכבה אחת לאחרת - זה מבטיח לזרם החזרה יש דרך קצרה אל המטוס הסמוך.בנוסף, להפיץ תפרים דרך הקצוות של הלוח כדי לדכא התחדשות cavity. a Guide is to place through a ⁇ in a ⁇ t a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אסטרטגיות ל-Destion Integrity

סיום סדרתי (מקור Termination)

עבור עקבות נקודה לנקודה, הצבת סדרה התנגדות (בדרך כלל 22–33 ⁇ ) בפלט הנהג יכול לחבק overshoot והשתקפות על ידי התאמת הפלט של הנהג למנעול עקבות.במועצות צפופות, לשמור על התנגדות הסיום קרוב ככל האפשר לערכת הנהג - עם 200 מילימטר.

המונחים:Load Termination

עבור אותות חד-צדדיים עם אוטובוס חד-צדדי (למשל, קווי שעון), התנגדות מקבילה לקרקע על העומס יכול לספוג השתקפות.עם זאת, זה צורכת DC כוח DC. עבור אותות שונים, להשתמש בהתנגדות אחת לסיום על פני הזוג בסוף המקלט, עם הערך שווה לאימפולסים השונים (למשל, 100 ⁇ ).

המונחים: RC Networks

כאשר צריכת החשמל של DC היא דאגה, רשת RC (סדרה R ו- C לקרקע) יכולה לספק התאמה גבוהה ללא טעינה DC.זה נפוץ על קווי שעון שבו רמת DC הממוצעת חייבת להיות נשמרת.ערך capacitor נבחר כך כי האימפולס שלה בתדירות האות הוא רשלני (למשל, 0.1 מיקרו) מנוגד לקו החסימה.

סימבול ו-Verification

Pre-Layout ו-Post-Layout Simulation

בעיצובים HDI צפופים, ההסתמכות על כללים של אצבע בלבד אינה מספיקה.דמיית קדם-ליי (טכניקות שימוש כמו IBIS-AMI או סימולציה ערוץ) מסייעת לבחור תוכניות סיום ופרמטרים של סימולציה פוסט-מקלט עם סוכן שדה תלת-ממדי לוכד את הגיאומטריה האמיתית של עקבות, באמצעות סימולציות, וקיצוץ מטוסים לפחות עבור שתי סימולציות מלאות: לאחר אימון ראשוני, לאחר טיפול מיידי, לאחר מתן תשומת לב מיוחדת.

בדיקת כללי עיצוב (DRC) אוטומציה

כלים מודרניים EDA מאפשרים כללים מותאמים אישית DRC עבור שיבוש, התאמה, ספיגה, ודרך ספירה. להגדיר מנהל מעצורים בשלב העיצוב.לדוגמה, להגדיר שיעורים נטו עבור "HighSpeed Differential" עם סובלנות בלתי מאולתלתלתלתלתת של ± 10%, חוסר התאמה מקסימלי של 5 mil, ובאמצעות ספירת 2. ולאחר מכן לרוץ לעתים קרובות במהלך הפריסה כדי לתפוס את הגישה האחרונה של סיכון.

מחקר: משיכת מחשבי PCIe Gen 4 Switch Board

כדי להמחיש את התרגילים האלה בפעולה, לשקול עיצוב 16 שכבות צפופה עבור PCIe Gen 4 מתג.הערימה משתמשת שמונה שכבות רוטינג (ארבעה על גבי, 4 תחתית) כל אחד מהם עם מטוס קרקע. אותות לרוץ ב 16 GT /s עם 50 ps עלייה פעמים.

  • באמצעות חומר נמוך-הפסד מגרון 6 כדי להשיג Dk עקבי על פני שכבות.
  • קביעת רוחב זוג שונה ל-4.2 mil, פער ל-6 מילימטר על דיאלקטרי של 4 מיליון מעל הקרקע כדי להשיג 85 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • משיכת כל ה- PCIe בשכבות העליונות והפנים הסמוכות לקרקע, ללא יותר משני דרךים לצמד. ⁇ רצפה דרך דרך ⁇ הוצבו בתוך 50 מילימטר של כל אות באמצעות.
  • שמירה על אזור של 15 מיליון דולר סביב כל ערוץ מהיר.
  • שימוש בסדרה הסתיים (33 ⁇ ) בנהג לכל שעונים.

לאחר סימולציה שלאחר עיכוב, גובה העיניים במקלט היה 320 mV (מעל 100 מ"ר מינימום), ואת הג'טר היה 12 מ"ס מ"מ - בתוך מפרט.הדירקטוריון עבר את EMI מראש ציות בתור הראשון.

מקורות חיצוניים למחקר מעמיק יותר

כדי לחדד את כישורי ההמראה המהירים שלך, להתייעץ עם המקורות הסמכותיים הבאים:

  • (ב) [13] ,0) ,ל"ד (בתרגום חופשי: ⁇ ⁇ ) - ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Cadence PCB Design Blog: High-Speed PCB Layout for Signal IntegrityFLT:1 - ייעוץ מעשי ממומחים בתעשייה.
  • (FLT:0) תקן ה-PC עבור עיצוב PCB 1 (CBT DesignFLT) – סטנדרטים רשמיים למניעה, ערימה וסובלנות.
  • (ב) ⁇ :0) אינטגרטיבית כתב העת JournalFreaLT:1 ; מאמרים ומקרה נבדקים על אתגרים צפופים.
  • (FLT:0 NXP Application Note: High-Speed PCB DesigncioFLT:1) - נייר לבן מעמיק המכסה את תורת קו השידור.

מסקנה

אות במהירות גבוהה PCB routing בפריסה דחוסה PCB דורש גישה ממושמעת, רב-פנים. על ידי אופטימיזציה של שכבת הערימה של ערימה, הדבקות בשליטה וסידורים ספאקים, מצמצם באמצעות parasitics, ולהבטיח קרקע חזקה, מהנדסים יכולים להשיג ביצועים אמינים אפילו בלוחות צפוף ביותר.סימולציה נשאר הכלי האולטימטיבי, לתפוס בעיות פשוטות עלולות להחמיץ כמו נתונים, להמשיך את היעילות ביותר של היום, להמשיך את הדירקטוריון קריטי יותר.