אסטרטגיות אופטימיזציה של אות מהירות גבוהה רוסטינג ב מועצות מרובות שכבות

תכנון אותות במהירות גבוהה פענוח בלוחות מעגלים מודפסים רב-שכבות (PCBs) הוא אחד המשימות התובעניות ביותר באלקטרוניקה המודרנית.כפי שתדירות השעון עולה ועלייה פעמים מתכווץ, אפילו פגמים בפריקה קטנים יכולים לגוון את השלמות האותות, להגביר את ההתערבות האלקטרומגנטית (EMI), ולגרום לכשלי מערכת. מאמר זה מספק סט מקיף של אסטרטגיות - ממשמעת בסיסית לטכניקות סימולציה מתקדמות - המאפשרים לייעל במהירות גבוהה של אותות, כלומר, לפתרונות יעילים, לפתרונות יעילים, לפתרונות יעילים, להתאמה גבוהה של תזמון, לפתרונות, לפתרונות, לפתרונות יעילים, לפתרונות יעילים, לפתרונות, לפתרונות תזמון, לפתרונות, לפתרונות יעילים, לפתרונות יעילים, לפתרונות יעילים, לפתרונות, לפתרונות תזמון, לפתרונות.

יסודות של Multi-Layer PCB Structures

שכבת שבב מרובה- PCB כוללת שכבות של נחושת מוליכים ושילוב חומרים דיאלקטריים, מלוטשים יחד תחת חום ולחץ.מספר השכבות בדרך כלל נע בין ארבעה עד שלושים, בהתאם לדרישות צפיפות וביצועים.כל שכבה משרתת פונקציה מסוימת: אות מחיקה, חלוקת חשמל, או התייחסות קרקעית.

אותות מהירים גבוהים דורשים קווי שידור מאולתרים מבוקרים.האימפולס של עקבות תלוי רוחבו, המרחק שלו אל מטוס ההתייחסות הקרוב ביותר, ואת הקבוע הדיאלקטרי של החומר שמסביב.בלוח רב-שכבות, מטוס ההתייחסות הוא בדרך כלל קרקע מוצק או מטוס כוח על שכבה סמוך.

כדי להבין מדוע לוחות רב-שכבות מועדפים לתכנון מהיר, לשקול את הנתיב הנוכחי החזרה. בתדרים גבוהים, האות מחזיר את הזרמים הנוכחיים במטוס מיד מתחת לצומת האות, לאחר אותו הנתיב אבל בכיוון ההפוך.הקרבה זו ממזערת את אזור לולאה ומפחיתה פליטות קורנות.ללא מטוס התייחסות מתמשך, ההחזר הנוכחי חייב למצוא נתיבים חלופיים, יצירת לולאות גדולות שמשקררות את EMI ודה את איכות נמוכה.

בחירת מספר נכון של שכבות

מספר השכבות צריך להיות מונע על ידי צפיפות routing, מהירות אות, ואמינות כוח צריך. לוח ארבע שכבות עם מטוס קרקע אחד ומטוס כוח אחד יכול לתמוך עיצובים מהירות בינונית (למשל, 100 MHz-1 GHz) אם שיטות גילוח זהה בזהירות במעקב.עבור אותות מעל 1 GHz או עבור מאוורר BGA צפוף, שישה או יותר שכבות הם אופייניים, עם מטוסים מרובים לחצות כדי להפחית את הרגל לספק אותות נקיים יותר.

הגדרות ערימה נפוצות כוללות:

• (ב) ⁇ :0)4-layer: למעלה (סימן), קרקע, כוח, תחתית (סימן) מתאים לעיצובים מהירים.
• (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: ויקרא י"א, ויקרא, ויקרא, ויקרא י"ד, ויקרא י"ד, ויקרא י"ד).
• (FLT:0)8-layer או יותר:FLT:1Build מטוסים קרקעיים מרובים, מטוסי חשמל ייעודיים ומספר שכבות אות, המשמשות לעתים קרובות עבור מערכות דיגיטליות מהירות גבוהה כגון זיכרון DDR או Gigabit Ethernet.

מהנדסים צריכים לעבוד עם מברק PCB מוקדם בתכנון כדי לאשר את הערימה עונה על מטרות בלתי נמנעות ויכולות ייצור.ה-FLT:0IPC סטנדרטיsFLT:1 (במיוחד IPC-2141A ו- IPC-2252) מספקים הנחיות חשובות עבור עיצוב ומדידה מבוקרת.

תכנון אסטרטגי ל-High-Speed Rting

אופטימיזציה מתחילה לפני שריד יחיד נמשך.הקצבה מהירה מוצלחת דורש אסטרטגיה מלמעלה למטה הכוללת מיקום רכיב, שכבתיות, וסדר מחיקה.העקרונות הבאים חלים ללא קשר לסוג האות.

המונחים: short and Directways

כל מילימטר של עקבות מוסיף עיכוב, אטמורציה, ורעש פוטנציאלי הפיכה.רשתות מהירות גבוהה - כגון שעונים, זוגות שונים, וקווי נתונים זיכרון - חייב להיות מודרך קצר ויישר ככל האפשר. להימנע מלנדרינג מיותר; אם אורך התאמה הוא נדרש (למשל, עבור DDR מודולים), להוסיף פלחי נחשים רק באזורים נמוכים או קריטיים פחות.

המונחים: Layer Stack-Up Optimization

שכבת הערימה היא הבסיס של יושרה אות. עבור אותות מהירים, להציב אותם על שכבות מיד ליד מטוס קרקע מוצק.תצורה זו, הנקרא מיקרו-סטריפ (שכבת חסימה) או פסליין (שכבת ערב), מספק הפיכה הדוקה וחיזוי אימפולסים. להימנע מלתתת אותות במהירות גבוהה על שכבות כי הם ליד מטוס אם זה מופרע או רועש; במקום זאת, להשתמש במטוסים אנלוגיים כדי לקשר בין כוכבים בודדים.

ערימה מעוצבת היטב משתמשת בנייה סימטרית כדי למנוע דפי מלחמה במהלך ייצור.לדוגמה, לוח שישה שכבות עשוי להיות הסדר הסימטרי הבא: אות (למעלה), קרקע, אות, אות, אדמה, אות ( ⁇ ) שתי שכבות האות הפנימיות מסומנים בין מטוסים קרקעיים, המציע מגן מעולה עבור הרשתות הקריטיות ביותר.

שימוש יעיל במטוסי קרקע

מטוס קרקע מתמשך, ללא הפרעה הוא ככל הנראה האלמנט החשוב ביותר בעיצוב PCB מהיר.

• לספק נתיב החזרה להפחתה נמוכה עבור אותות גבוהים.
• צמצום אזור הלולאה ומקרין פליטות.
• לפעול כמגן בין שכבות אות סמוכות.
• מתח חום ממרכיבים

לעולם אל תתפצל מטוס קרקע מתחת לצלילים מהירים גבוהים.אם מטוסים מפוצלים הם בלתי נמנעים (למשל, לבידוד גליוני), האות חייב להיצמד על פני גשר או באמצעות זוג שונה המחזק את נתיב החזרה. בפועל, עדיף לשמור על מטוס קרקע יחיד לכל אותות דיגיטליים ואנלוגיים ולהשתמש בהפרדה פיזית (פעמי אוויר) על רכיב, ולא לחלק את המטוס עצמו.

שליטה ב-Action

עבור אותות מהירים גבוהים, הדחף האופייני חייב להתאים את המקור ואת העומס אימפולסים - באופן אטי 50 ⁇ יחיד או 100 ⁇ שונה. עיצוב אימפולס מבוקר כרוך הגדרת רוחב העקב, עקבות, ואת עובי dielectric אל מטוס ההתייחסות.

Z0 = (87 / √(εr + 1.41)) * ln(5.98h / (0.8w + t))

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]

חוקי ההרחבה High-Speed Nets

לאחר שהערימות והמניעה מוגדרים, יש לאכוף את הכללים המסתימים הספציפיים לשמירה על איכות האות.ההנחיות הבאות חלות על כל רשתות המהירות הגבוהות, עם תשומת לב מיוחדת לזוגות, שעונים ואוטובוסים שונים.

מניעת קרוסקורים והצלב

קרוסקול מתרחשת כאשר שדות אלקטרומגנטיים מעוקב אחד מעורר מתח על עקבות סמוכים.ההפיכה היא קיבולית (שדה חשמלי) ו אינדוקטיבי (שדה מגנטי) כדי למזער את הקרוסדור, לשמור על הפרדה בין עקבות של לפחות שלוש פעמים את הגובה הדיאלקטרי מעל מטוס ההתייחסות (3x כלל) עבור אותות קריטיים, להגדיל את העטיפה ל 5× 10x בנוסף, להימנע מעודף מקבילים לנקודות ארוכות אם מרחקים.

עבור אוטובוסים הפועלים בשיעורי נתונים גבוהים (למשל, DDR4, LVDS), אותות הקשורים לקבוצה יחד באותה שכבה ומקצה להם מטוס קרקע ייעודי מתחת לטכניקה זו, המכונה "הסתה מעל קרקע מוצקה", מגבילה את השדות ומפחיתה את המעבר בין קבוצות.

Via Minimization and Optimization

כל דרך מציגה אינדוקטי טפיליות ו- capacitance כי מדגימים איכות האות.הבאמצעות אינדוקציה הוא פרופורציה לאורכו (המרחק בין השכבות) וקשור באופן הפוך לקוטר באמצעות קוטר. A טיפוסי דרך דרך דרך דרך לוח מולטי-שכבות מוסיף בערך 1–2 nH של אינדוקנס ו 0.3-0.5p של קפימנטציה בתדרים מעל 1, עלולים אלה לחזור GHz והפסדים משמעותיים.

למזער באמצעות השפעה:

• (ב) מספר מינימלי של דרך: חליל 1 (ב) ,(הופנה מהדףים קריטיים על שכבה אחת במידת האפשר.
• (ב) ⁇ :0) , שמור דרך אורך זמן קצר: FLT:1 Back-drill un Used באמצעות חביות או שימוש בעיוורים/בורקודמים באמצעות מעברים בין שכבות סמוכים.
• (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א: "בְּאֶת עַמְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּעָה הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא
• (FLT:0)Optimize באמצעות גיאומטריה:FLT:1 מגדיל את גודל המשטח ואת טיהור ה- Antipad כדי לכוון את הדחף. כמה עיצובים מתקדמים משתמשים מיקרוביאונדציות או לייזרים באמצעות אותות מהירים אולטרה-גבוהים.

Pair רוסטינג

אותות שונים בשימוש נרחב ממשקים מהירים (USB, HDMI, PCIe, Ethernet) כי הוא מציע חסינות רעש גדולה יותר ונמוך EMI. את שתי השרידים של הצמד יש צורך ליישר עם אורך שווה והתאמה של כללים עבור זוגות שונים:

• (ב) ,0) אורך הערפל: 1FLT 1 גורם skew, אשר מפחית את הדחייה נפוצה-מודל. לשמור על השגיאה בתוך 1/10 של זמן עלייה האות (למשל, 5 ps skew עבור 50 ps עלייה זמן).
• (ב) הפער בין השניים קובע את הדחף השונה.
• (ב) ,0) כפליים: (ב) , (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ :0) מבדיל בין אותות אחרים: FIRLT:1 שמור לפחות 5× גובה הדיאלקטרי בין זוג שונה לבין רשתות אחרות כדי למנוע הפיכה.

עבור עיצובים הדורשים כוונון אורך (למשל, חלקי נחשים להיערכות תזמון), להוסיף את הנחשין באזור שבו הזוג פחות קריטי, כגון ליד המקור או היעד, ולשמור על ההדרגות ההדרגתיות.האורך הנוסף חייב להיות זהה לשתי ההערות.

אוטובוסים: נתונים, כתובת ושעון

אוטובוסים כמו זיכרון DDR או אוטובוסים מקבילים דורשים תזמון זהיר בין רשתות מרובות.בנוסף התאמה ממושכת, לשקול את הפעולות הבאות:

• (FLT:0) יש לבודד אותות של FLT:1 מקווי נתונים כדי למנוע צחצוב.כביש שעונים על שכבה ליד הקרקע, עם הקרקע שלהם דרך כל סוף.
• (FLT:0 Data Group אורך התאמה: FLT:1, כל האותות בנתיב חד-צדדי היו צריכים להתאים עיכובים. השתמש ב-Sarouting כדי להוסיף עיכוב במידת הצורך, אך במקום נחשים מן הקצה כדי למנוע מעברים חדים.
• (ב) [13] ⁇ :0תנאים: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

טכניקות מתקדמות עבור עיצובים מהירים מאוד

עבור אותות מעל 10 Gbps או עבור יישומי RF, הפסדים סטנדרטיים FR-4 דיאלקטריים הופכים לבלתי מתקבלים על הדעת.

חומרים דיאלקטריים נמוכים

FR-4 יש גורם דיסיפוציה גבוה (tan ⁇ ⁇ 0.02) הגורם להפחתה משמעותית בתדרים רב-GHz.חומרים אלטרנטיביים כגון רוג'רס RO4000 סדרה, Isola IS620, או Panasonic Megtron 6 מציעים הפסד נמוך יותר (tan ⁇ < 0.005) וקבועים דיאלקטריים יציבים יותר.חומרים אלה משמשים לעתים קרובות עבור מטוסים מהירים, לוחות RF, ומיקרוגל, ומיקרוגלים פוטנציאליים הוא דרישות עיבוד.

סרפנטן וטרומבון לאורך זמן

כאשר דרישות התאמות אורך עולה על החלל הזמין, עקבות נחשין (תבניות השבוכות) או פריסת סטרמול (הארכה את עקבותיהם הלוך ושוב) משמשים.

• שמור על mplitude קטן (פחות מ 20 מילימטר) ואת המגרש (מרכז למרכז ספאק) לפחות 3 פעמים רוחב העקב כדי להימנע מהפיכה הדדית בתוך הנחש.
• השתמש מספיק פלחים כדי להשיג את העיכוב הנדרש מבלי להתגבר על סובלנות האימפולסיביות.כל שרביט 90 מעלות תורם עלייה קלה ביבול.
• עבור זוגות שונים, להוסיף נחשין לשתי השרידים סימטריים, או רק לצלילים הקצרים יותר, הבטחת אורך התוספת זהה.

שיקולים של Power Integrity

(העברה מהירה של זרמי ייצור רעש על רשתות הפצה כוח (PDN) זרם גדול נמשך מאספקת החשמל יכול לגרום תנופה מתח וג'ייטר. כדי להפחית את זה, להשתמש במטוסי כוח ייעודיים עם מספר רב של קפקאים מחוסנים שהונחו קרוב ל pins.הגלים צריכים להיות סדרה שווה ערך נמוך בחינוך (ESL) ולוודא מטרות לתדירות מסוימת של PDND, לדוגמה, שימוש בדגם ה-FSD, או ב-FSD, מומלץ על ידי שימוש ב- 1GB.

חזרה Via Stitching

בכל פעם שסימן מהיר משתנה שכבות באמצעות אות דרך, זרם החזרה חייב גם להחליף מטוסים ההתייחסות.אם הקרקע דרך אינה ממוקמת קרוב (בדרך כלל בתוך 100 mil) לאות דרך, זרם החזרה ימצא דרך ארוכה יותר דרך קפיאנטנס מטוס, יצירת לולאה שמקרינה את EMI ומדורגת את אות.הפתרון הוא להציב דרך הקרקע הסמוך לזוגות (בדרך כלל זה) דרך קו רוחב או לפחות, דרך אותו אות).

סימבול, אימות ובדיקה

אפילו ההנחיות המעמיקות ביותר לא יכולות להבטיח עיצוב עבודה ללא סימולציה ובדיקות פיזיות.הכלים והשיטות הבאים סטנדרטיים בפיתוח PCB מהיר.

המונחים: LAYET REIEET REITION

בשלב הרעיון, לדמות את כל נתיב האות - כונן, עקבות PCB, באמצעות מודל, ו המקלט - באמצעות סימולטור מעגל (למשל, HyperLynx, ADS, או SPICE) סימולציה זו יכולה לחשוף פגמים, רמות צולבות, שולי תזמון.התאמה של עקבות, ערימה, וערכים סיום לפני ביצוע פריסה.

פוסט-Layout Simulation

לאחר routing, לחלץ את ה- PCB וליצור מודל אלקטרומגנטי תלת-ממדי של רשתות קריטיות. Full-wave פותרים (למשל, HFSS, CST, או SIwave) לספק תוצאות מדויקות עבור s-parameters, דיאגרמות עיניים, ו-Time-domainometry (TDR) לחפש אימפולסים או שיאים, טבעת מוגזמת, וסגרת עיניים.

הדגמה ומבחן

לבקש קופונים מבחן עכבות על הלוח של מברק PCB. השתמש מדמחץ זמן-דומיין כדי למדוד את הדחף בפועל של קופונים אלה ולתאם עם העיצוב.לאחר ההרכבה, לבצע בדיקות אות מהירות גבוהה עם אוקטלופ ובדיקה פעילה, בדיקת פעמים עלייה, overshoot, ו- jitter.If אפשרי, המדורגת פליטות חד-כימיות לתאי למחצה כדי לאשר את תאימות EMI.

הבנה מעמיקה של שיטות בדיקה אלה היא חיונית.משאבים כגון FLT:0 [IEEEFIRLT:1] לספק מסמכים על טכניקות מדידה מהירות גבוהה.בנוסף, הוראות התייחסות עיצוב מ FPGA וספקי זיכרון לעתים קרובות מכילים פריסות דוגמה ונתונים סימולציה כי הם יקר ערך עבור יישום בעולם האמיתי.

מסקנה

אופטימיזציה של אות במהירות גבוהה ניכוי לוחות מולטי-שכבות דורש גישה ממושמעת שמתחילה בתכנון ערימה וממשיך באמצעות סימולציה ובדיקה. על ידי עדיפות מסלולים קצרים, ישיר, שמירה על מטוסים קרקעיים רצופים, שליטה במכשולים, וצמצום באמצעות הפסקות, מהנדסים יכולים להשיג שלמות אות מעולה אפילו במהירויות מרובות-גביטחוניות.