תכנון ממשקים דיגיטליים במהירות גבוהה דורש תשומת לב קפדנית לעצם האותות כדי לשמור על העברת נתונים ללא שגיאות כמו שיעורי שעון ונתונים באמצעות עלייה חישוב. במהירויות מרובות-gigabit, אפילו פגמים קטנים בלוח מעגלים מודפס (PCB) או בחירת רכיב יכול להוביל להידרדרות אות חמורה, וכתוצאה מכך שגיאות קטנות, שולי רעש מופחתים, וחוסר יציבות המערכת.

הבנה של אות

ההידרדרות של אות כוללת כל שינוי באמפליטציה של אות דיגיטלית, תזמון, או צורה כפי שהוא מפיץ מנהג למקבל. בתדרים גבוהים, אפקטים טפיליים כי הם רשלניים במהירויות נמוכות יותר הופכים דומיננטיים.

  • (ב) ,0) התערבות אלקטרונית (EMI)FIRLT:1) מקורות רעש חיצוניים נוספו לקו השידור.
  • (ב) ,0) ,CrosstalkerFLT:1 - הפיכה חולפת וחמקמקה בין עקבות סמוכים.
  • (ב) ,0) , פסיקות של כפל 1 - ניגודים בין העיוות האופייני לבין העומס, המקור או החיבורים, גרימת השתקפות.
  • (ב) אפקט FLT:0Skin והפסדים דיאלקטריים 1 - בתדרים גבוהים, הנוכחי מתמקד על פני השטח של המנצח, עלייה בהתנגדות, בעוד המצע סופג אנרגיה כחום.
  • (ב) ⁇ :0) , 000 רעש מעבר מופרז (SSN)אנדרופול 1:1 - תנודות מתח במטוסי חשמל וקרקע בשל טראנסים גבוהים.

כל אחד מהגורמים הללו תורם לירידה ביחס אות-ל-אין (SNR) ו שולי התזמון.עבור פעולה אמינה, מעצבים חייבים להבטיח שהירידה הכוללת תישאר בתוך סף הפטנטים המפורטים של המקלט.

טכניקות מפתח למיניזציה של אותות

1 ניהול עיצוב

שמירה על תנופה אופיינית עקבית לאורך כל נתיב האות היא חיונית.מחשבות להתרחש בכל נקודה שבה השינויים האימפולסיבית המיידי, כגון באמצעות, מעברי חיבור, או מסתיים באופן לא תקין. כדי להשיג אי-ציות מבוקר, מעצבים מציינים גיאומטריה - רוחב, גובה מעל מטוס ההתייחסות, ואת ההיתר היחסי של החומר הדיאלקטרי (Dk) - באמצעות נוסחאות שדה או נוסחאות אמפיריות.

קו השידור המשותף להתנצלות כוללים מיקרו-סטריפ (מרוץ על שכבה חיצונית עם מטוס הפניה למטה) ופסליין (מרוצף בין שני מטוסי התייחסות) , Stripline מציע הגנה טובה יותר וצווארון נמוך יותר אבל מוסיף עלות ייצור.הערימה חייבת להיות מתוכננת מוקדם, ויצרן ה- PCB צריך לוודא עכבות על קופונים בדיקה.

שימוש במחשבונים או כלי סימולציה (למשל, Polar Si9000, Ansys Q2D) מסייע לקבוע את רוחב העקבים הנדרשים וספאם.חשוב גם לשקול את ההשפעה של מסכת מכר - קבוע דיאלקטרי שלה יכול להוריד את האימפולס על ידי 2-5 ⁇ אם לא נקבע עבור.

2 אסטרטגיות לחיסול נאות

סיכוך סופג את האנרגיה של אותות משתקפים שאחרת יטוסו הלוך ושוב, ויצרו טבעת ופתרון יתר.הבחירה תלויה בטופולוגיה ובמאפיינים של הנהג:

  • (FLT:0Series End:FLT:1) A התנגדות להציב בסדרה (near theנהג) שווה את ההבדל בין הפלט של הנהג לבין הדחף האופייני של הקו.בדרך כלל השתמש עבור קווי נקודה לנקודה כמו שעון או אותות חד-צדדיים.
  • (ב) סיום:0 (בפרק:0) ,(ב) ,(ב) ,(א) ,(ה) ,(ה) ,(ה) , ), , , ,ב) , , , , , , , , , ,ה) ,התאם לשורה של .
  • (FLT:0) סיום:IRFLT:1) סדרה קפיטור ומושך התנגדות ב המקלט.It חוסם DC תוך מתן אות AC, צמצום השימוש בכוח; אידיאלי עבור אוטובוסים מהירים גבוהים כמו זיכרון DDR.
  • (ב) סיום אנדונין: 1FLT 2 מתנגדים (אחד ל- VCC, אחד לקרקע) ב המקלט, עם המקבילה המקבילה למוטציה קו.

עבור זוגות שונים, יש ליישם את הסיום על פני הזוג (למשל, התנגדות 100 ⁇ בין השורות החיוביות והשליליות) להיכשל כדי לסיים כראוי היא גורם מוביל לבעיות השתקפות אות.FLT:0 [ההההמכונה של התקנים] על טכניקות סיום FLT:1 מציעה השוואה מעשית של כל שיטה.

3. אותות שונים

אותות שונים משדרים נתונים על שני עקבות משלימים - אחד לא מופנם, אחד לא מופנם - עם המקלט חישה את הבדל המתח. גישה זו מציעה מספר יתרונות עבור ממשקים מהירים:

  • (FLT:0) דחיית הסירוב: FLT:1 זוגות התערבות אלקטרומגנטית באותה מידה לשני הקווים וביטול, שיפור חסינות הרעש.
  • (ב) ,0) ,העברה: 1 (הבשורה הראשונה) שווה אך הפוכה, יוצרים ביטול שדות מגנטיים, צמצום פליטות קורנות.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

זוגות שונים הם יסוד לסטנדרטים כגון USB 3.x, HDMI, DisplayPort, PCI Express, ואת Ethernet 10GBASE-T. Key הפריסה כללים כוללים שמירה על הצמד יחד הדוק (השטיפה מבוקרת), התאמה של אורךי עקבות בתוך כמה mils (לצמצם את ה-skew), ולהימנע מ-90 מעלות כי יוצרות הפסקות מעצורים.

ניהול אורך זמן ואופטימיזציה של ליברט

הפריסה הפיזית משפיעה ישירות על ההשפלה של האות. עקבות קצרים יותר להפחית את העצימה והעיכוב, אבל בלוחות מורכבים, הארכה היא לעתים קרובות הכרחית כדי להקיף מכשולים.הפרקטיקות הבאות עוזרות לשמור על איכות האות:

  • (FLT:0) לנגת התאמה: 1FLT:103) אוטובוסים מקבילים (DDR, MIPI) וזוגות שונים, עיכוב הבדלים גורמים לskew. השתמש בתופעות נחשניות כדי להתאים את אורך, אבל לשמור על סט הנחש לפחות שלוש פעמים את רוחב העד כדי למזער אינדוקציה הדדית.
  • (ב) כל אחד באמצעות שימוש:0) כפל 1 (FLT:103) באמצעות מציג קיבול טפילי וחינוך. עבור אותות מהירים, להשתמש חזרה כדי להסיר ללא שימוש באמצעות גמגמים, או להשתמש מיקרו-vias עבור מעברים שכבתיים.
  • (FLT:0) מטוסים של התייחסות מתמדת: FLT:1hil להימנע חיתוך הקרקע או מטוס כוח מתחת לעקבות מהירות גבוהה. גפיים ליצור הפסקות אי-נוחות ולהגדיל את ניכוי לולאה אם מטוס הוא בלתי נמנע, להזיז את האות רק עם תפרים או גשר.
  • (FLT:0) החזרה של נתיב שליטה: 1FLT:1 אותות במהירות גבוהה צריך להיות נתיב החזרה unrupted ישירות מתחתיהם על מטוס סמוך. כל הפרעה (למשל, מזל במטוס הקרקע) כוחות הנוכחי כדי detour, הגדלת ההשכלה וההתדהות אות.
  • (FLT:0) לשמור על הפרדה בין עקבות מהירות גבוהה לבין קווים אחרים או אותות אנלוגיים רגישים.כלל אצבע הוא 3 עד 5 פעמים רוחב העקב (3W עד 5W) להפחתה של צלב.

כלי עיצוב PCB כמו Mentor PADS, קדימות גודגרו, ו- Altium Designer כוללים מנהלי מעצורים עבור הגדרת אורך, ספאק, דרישות עכבות.FLT:0IEEE מאמרים על אופטימיזציה במהירות גבוהה פריסה אופטימיזציה FLT 1 לספק תובנות נוספות לתוך פריסה מונחה סימולציה.

שיטות נוספות

טוהר וכוח

התפלגות כוח נמוכה חיוני עבור רמות מתח יציב והפחתה רעש. השתמש במספר באמצעות חיבורי חשמל וקרקע, ואת המקום decoupling capacitors קרוב לכל פינים כוח של IC. מטוס קרקע ייעודי ומטוס כוח, עם הפרדה מינימלית, יוצר נתיב נמוך-מרושש. עבור ממשקים מהירים גבוהים, לשקול שימוש fer beads to angs to רגישה דומיינים ממעברים דיגיטליים.

הגנה ו EMI Mitigation

מתחמי מגן חיצוניים (cans) סביב בלוקים גבוהים להפחית פליטות קורנות ולהגן מפני EMI חיצוני על ה- PCB, עקבות שמירה עם תפרים מעומקים יכול לספק מגן בין קווי מהירות גבוהה סמוכים.עבור ממשקים רועשים במיוחד כמו אותות שעון, לנתב אותם כמו פסליין (בין שני מטוסים) כדי להגביל שדות אלקטרומגנטיים.

בחירה חומרית

התכונות של החומר הדיאלקטרי - בעיקר גורם הניתוק שלה (Df) וקבוע דיאלקטרי (Dk) - משפיעות באופן משמעותי על אובדן אות בתדרים גבוהים. Standard FR-4 יש Df של -0.02, אשר גורם לאובדן בולט מעל 5 GHz. עבור שיעורי נתונים גבוהים יותר (למשל, 25 Gbps ומעבר), חומרים נמוכים כגון רוג'רס 4350B או Isola הם הרבה יותר איטי יותר חומרים.

ניתוח טרום-Layout Analysis

לפני ביצוע פריסת PCB, לרוץ סימולציות טרום עיכוב כדי להעריך מחסניות שונות, לעקוב אחר גיאומטריות, וערכי סיום. כלים כמו HyperLynx, SiSoft QSI, או Ansys SIwave לאפשר למעצבים מודל S-parameters ו דיאגרמות עיניים. Post-לחי החילוץ וסימולציה יכול לזהות כתמים בעיות - כגון באמצעות הפסקות או צלב מופרז - לפני ייצור, חיסכון יקר, רזרבות במהירות גבוהה של פרויקטים עכשיו.

מסקנה

תכנון ממשקים דיגיטליים במהירות גבוהה עם הפחתה מינימלית של אותות דורש שילוב ממושמע של עקרונות הנדסה חשמלית וביצוע זהיר PCB.שליטה עכבות, סיום הולם, אות שונה, ואופטימיזציה של הפריסה נוספת טופס את הבסיס. תשומת לב גבוהה לאמינות כוח, בחירה חומרית, וסימולציה מבטיחה ביצועים חזקים על פני טמפרטורה וריאציות ייצור. כמו נתונים להמשיך לטפס, טכניקות אלה לא רק שיטות טובות, אלא גם עבור דרישות עבור פעילות מהירה, החלת כאן יכול להרחיב את המוצרים המפורטים של שיטות תקשורת.