תכנון נתיבי אות מהירים של PCB הוא משמעת בסיסית בהנדסה אלקטרוניקה מודרנית.אם אתה עובד על ממשק 100 Gbps Ethernet, חזית ADC ברזולוציה גבוהה, או רשת הפצה שעון עבור CPU ברמה השרת, הפריסה הפיזית של עקבות, באמצעות שיטות, מטוסים קובע ישירות אם המערכת תפעל באופן אמין במהירות מלאה.

הבנת אתגרים מהירים

אותות מהירים מאופיין על ידי שערי קצה מהירים (בזמני עלייה / נפילה) ותדירות גבוהה בסיסית גבוהה (לעתים קרובות בטווח GHz) במהירויות אלה, אורך חשמלי של עקבות הופך חלק משמעותי של אורך גל האות, ואת האפליקציות המסורתיות של הגלים המקוטבות (לעתים קרובות לתוך טווח GHz) בהקשר מהיר אינו רק התנגדות DC - זה כולל IRient על פני מנגנונים מרובים של דחפים אלקטרומגנטיים (נפיחות) עקב מנגנונים מפולסים שנגרמו על ידי מנגנונים אימפולסים מרובים (דימום) אימפולסים פתאומיים).

האתגר מורכב על ידי מרווחי מתח מתכווץ.לדוגמה, אספקת לוגיקה של 1.8 V עשויה להיות רק ± 100 מ"ר של תקציב רעש. נתיב אות מעוצב בצורה גרועה יכול בקלות לאכול במחצית התקציב הזה לפני המקלט אפילו רואה את האות.

אפקט עור והפסדים דיאלקטריים

בתדרים גבוהים, הנוכחי מתרכז ליד פני השטח של מנצח (אפקט דומה), עלייה ההתנגדות יעילה. בדומה, ה- PCB laminate מציג הפסדים דיאלקטריים תלויים בתדר (tan ⁇ ) הן להחמיר עם תדירות ואורך עקבות, לתרום להפחתה של אות וירידה בקצב קצה.

צלב ושותף מכניזם

סימני אות אד'נט, באמצעות חביות, ואפילו מטוסי חשמל יכולים ליצור אנרגיה באמצעות קיבול הדדי ו אינדוקטיבי.צלב זה מוסיף רעש לא רצוי לאות לאותות לאות הקורבן.באוטובוסים מהירים (למשל, זיכרון DDR), קרוסטור יכול לגרום להפרות תזמון ושחיתות נתונים.חומרה תלויה במעקב אחר ספיגה, עובי חשמלי, ואת קצב התוקפנות.

סימור ספין-נס (SSN)

כאשר תפוקה רבים עוברים באותו הזמן, זרם עוברי גדול דרך נתיב החזרה המשותף (בדרך כלל מטוס הקרקע) המתח המוביל על פני אינדוקטיקות parasitic ידוע כקפיצה קרקעית או SSN. רעש זה מקטין ישירות את מתח האספקה האפקטיבי בנהג ויכול לגרום לקלטים באופן כוזב במקום אחר במערכת.

עקרונות מרכזיים לקביעת נתיבי אותות

עיצוב מהיר חזק מתחיל עם דבקות עקרונות הפריסה הבסיסית.ההנחיות הבאות מהוות את הליבה של כל אסטרטגיה מוצלחת של אות-integrity.

שליטה היא בלתי-נשכחת

לשמור על אימפולס אופייני עקבי (בדרך כלל 50 ⁇ יחיד או 100 ⁇ שונה) לאורך כל הדרך. Impedance mismatches לגרום השתקפות כי ביטוי כמו overshoot, תחת פתרון, וטבעה - כל צורות של רעש. השתמש בעקבות מבוקרות על שכבות פנימיות עם מטוסים הפניה רצופים רצופים.

קיצור של Shorter Trace אורך צמצום Parasitics

כל מילימטר של עקבות מוסיף סדרה של אינדוקציה ו- capacitance. Longer עקבות להגדיל את הירידה מתח (בשל התנגדות ותגובה אינדוקטיבית) ורעש (בשל צחצוב ועצימה) מציבים רכיבים קריטיים קרוב ככל האפשר למקור או המקלט. עבור אותות רב-הרץ, לשמור על אורך העקב מתחת למספר סנטימטרים בכל פעם שניתן, להשתמש ב- coaquarecaal-aors או כבל נשלט.

מטוס קרקעי לנתיבים של החזרה לשפל

מטוס קרקע מתמשך ובלתי שבור מספק את הנתיב הנמוך ביותר לזרמים מהירים במהירות גבוהה. להימנע מגלישה או פיצול המטוס תחת אותות רגישים - עושה כך כוחות להחזיר זרמים כדי detour, אזור לולאה וקרינה. השתמש בקרקעות מרובות באמצעות מעבר בין שכבות כדי לשמור על נתיב נמוך חינוך.

להימנע מ- Sharp Bends ו-Via Stubs

שארפ 90 מעלות פינות מציגות הפסקות אי-נוחות ויכול לפעול כאנטנות. השתמש 45 מעלות chamfers או routing מעוקל במקום.V stubs - החלק הלא בשימוש של חבית באמצעות - resonate וגורם לאמנים בתגובה תדירות. back-drill באמצעות גמגמים או שימוש במיקרו דרך מיקרו דרך כדי לשמור את אורך הדרך קצר ככל האפשר.

חידוש נתיב המשך

זרם האות חייב לחזור למקורו.אם נתיב החזרה נאלץ לעזוב את המטוס הקרקע ולטייל דרך שכבה אחרת או עקבות ארוכים, אזור הלולאה עולה, ו-EMI עולה.תמיד להציב מטוס ההתייחסות (קרקע או כוח) סמוך לשכבת האות.כאשר שינוי שכבות, מקום הקרקע דרך 1–2 מ"מ של האות דרך לספק נתיב החזרה קרוב.

טכניקות ל-Minimize Voltage Drop

ירידה וולטאג בנתיבים מהירים היא לא רק בעיה DC - נזלת חולפת עלולה לגרום לכשלים לוגיים.הטכניקות להלן מתייחסות הן למצב יציב והן לירידה בלחץ יציב.

רשת הפצה של Power Distribution Network (PDN)

PDN הוא חיוני.שימוש בשרידים של כוח נמוך או מטוסים שלמים של כוח. PlaceFLT:0multiple decoupling capaciupling capaciaciofLT:1 עם מגוון ערכים (למשל, 100 מיקרוF, 10 מיקרוF, 0.1F, ו 100F) כדי לכסות ספקטרום רחב כל אחד מהם חייב להיות בעל עוצמה על ידי קפיטולציה (F) על ידי שימוש במנה נמוכה מאוד, כלומר, כלומר, כלומר, על ידי כוח, על ידי קוד פתוח (F) על ידי שימוש במנה (F) על ידי שטח של כוח, 000) על ידי קיבולת נמוכה מאוד, 000 קיבולת (F, 000) על ידי קיבולת נמוכה (F, 10 קיבולת (F, 000) כדי לספק את הפחתת כוח) על ידי קיבולת נמוכה (F, 10 קיבולת נמוכה (F, 10 קיבולת נמוכה (F, 10 קיבולת) כדי לכסות את הפחתת כוח) כדי לכסות את הפחתת כוח).

פקודת מטוס ו- Layer Order

השתמש לפחות ארבע שכבות לעבודה מהירה חמורה: אות עליון, קרקע, כוח, אות למטה.לביצועים טובים יותר, השתמש בשישה או שמונה שכבות עם מטוסים קרקעיים ייעודיים ועוצמה באמצע.הקרבה של שכבות המטוס מקטין את החדירה ומספקת התייחסות יציבה. שמור את המרחק בין השכבות (המרכז או טרום) כמדיקים כמו ייצור - בדרך כלל 4-8 מילימטרים - כדי למקסם את הקיבולת של המטוס.

ניכוי

ויאס הם בלתי נמנעים, אך ניתן למזער את החדירה שלהם באמצעות שימוש במספרים באמצעות משלוח כוח, על ידי הגדלת דרך קוטר (ראה FLT:0) NoteFLT:1: יותר דרך יש אינדוקציה נמוכה יותר), ועל ידי הימנעות ארוך, ללא סיבוכים באמצעות חביות. השתמש תפרים קרקעיים באמצעות סנטימטר של מחברים מהירים גבוהים IC כדי ליצור טבעת נמוכה.

סיום הסדרה להגבלות הנוכחיות

משיכת התנגדות קטנה (בדרך כלל 22-50 ⁇ ) בסדרה עם פלט האות, קרוב לנהג, מגביל את הזינוק הנוכחי במהלך מעברים.זה מפחית את ה di / dt לראות על ידי אספקת החשמל, מזרז ירידה מתח transient על סידרה האספקה.הפסקות גם לחות השתקפות, שיפור איכות אות וצמצום הרעש.

טכניקות ל-Minimize Noise

הפחתה רעש דורשת שילוב של הגנה, סינון, ופריסת זהירה.השיטות הבאות מוכחות בפועל.

אותות שונים

זוגות שונים (למשל, LVDS, USB, HDMI) משתמשים בשני אותות משלימים הנושאים זרמים שווים ומנוגדים.זוגות רעש חיצוני באותה מידה בשני השורות, כך המגבר השונה של המקלט דוחה אותו כמו רעש משותף-מודד.בנוסף, ההפיכה הדוקה של הזוג מקטין את אזור לולאה ו-EMI. כדי למקסם, זוגות שונים עם מגבלות קבועות (על ידי אותות מאומצמים) ולהפחית את פני מעברים אחרים.

חתלתול ועוקף

(הופנה מהדף רובה וגבוה של capacitors קרוב ככל האפשר לכל מערך אספקת חשמל של ICs במהירות גבוהה.התדירות המודעת של כל קיבול חייב להתאים את תדירות הרעש שאתה רוצה לסנן. השתמש ב- capacitors עם סדרה שווה ערך נמוך של ניכוי (ESL), כגון 0603 או 402 חבילות, ועדיף X7R או CGIRFGIRFIRFIRECT עבור ביצועים יציבים:

פריט באדס ו-Powerfiling

עבור אנלוגי רגיש או בלוקים דיגיטליים מהירים, להוסיף טחנות קורות בסדרה עם עקבות אספקת חשמל.הדבורה מחלחל גבוה רעש ⁇ בעת עובר DC.שלב את הדבור עם קיבול כדי ליצור מסנן פי.עם זאת, להיות זהיר עם ferrite beads על אספקת רכבות כי חייב לספק זרמי מהירות - את המוטבים של beads inducance יכול להגביל את המתח הנוכחי ואת הרקטה הנוכחית.

המונחים: Via design

כאשר אות חייב לשנות שכבות, תמיד ללוות אותו עם קרקע באמצעות כמה מ"מ.זה מספק מסלול קצר, נמוך חינוך נמוך לחזור למנוע את האות מקרינה. להימנע מנפיחות במקביל לפיצות במטוס ההתייחסות; אם פיצול הוא בלתי נמנע, לגשר עליו עם קיבול קטן או להשתמש בתפרים קרקעיים נפרדים.

המונחים: Spectrum clocking and Dithering

עבור מערכות עם גבולות EMI קפדניים, ספקטרום רחב של השעון (הפחתת תדירות על ידי אחוז קטן) להפיץ את האנרגיה המוקרן על פני להקה רחבה יותר, צמצום רעש שיא.טכניקה זו אינה מבטלת רעש, אלא משמרת אותו מתחת לגבולות רגולטוריים.זה יעיל במיוחד עבור אוטובוסים דיגיטליים מהירים במהירות גבוהה כמו PCIe ו- SATA.

PCB Stackup ו- Layer Planning

ערימה השכבה היא ההחלטה החשובה ביותר בעיצוב מהיר.ערימה מתוכננת היטב מספקת בו זמנית שליטה בלתי נמנעת, התפלגות כוח חינוך נמוך, ומגן יעיל.

  • (FLT:0) ,Signal - Ground - Power - SignalFIRLT:1; ערימה 4-layer קלאסית פועלת למהירויות בינוניות (עד כמה GHz) שכבות האות החיצוניות ממוקמות בסמוך למטוסים מוצקים, ומבטיחות נתיבי החזרה טובים.הכוח והמטוסים הקרקעיים צריכים להיות קרובים ככל האפשר (למשל, 4-milpreg) כדי למקסם את ה-Facitance.
  • (FLT:06-Layer StackupupFLT:1): הוסף מטוס קרקע נוסף ומטוס כוח אחד (או שכבת אות נוספת) הזמנה אופיינית: Top (signal) - Ground - Power - Ground - קרקעי (signal) מספק שתי שכבות קבורה עם מטוסי התייחסות מעל ומתחת, צמצום צלב.
  • (FLT:0)8-Layer ומעל ל-FLT:1: עבור מהירות גבוהה מאוד (25 Gbps+), השתמש במטוסי קרקע ייעודיים לכל שכבת אות, ומטוסי חשמל מרובים. השתמש במיקרו דרך ונקבר באמצעות מזער באמצעות מגמגמות.

לעבוד בשיתוף עם יצרן ה- PCB שלך מוקדם להגדיר את הערימה, לציין חומרים דיאלקטריים (למשל, FR-4 עבור עד 10 GHz, רוג'רס או מגרון בתדרים גבוהים יותר) ומשקל נחושת.

בחירת חומרים ובקרת עכבות

סטנדרטי FR-4 יש קבוע דיאלקטרי (Dk) של 4.2-4.6 וגורם פירוק (Df) של 0.02. ערכים אלה הם מספיקים עבור אותות מתחת 1-2 GHz, אבל מעבר לכך, אובדן ו Dk וריאציות להיות בעייתי. עבור 5 Gbps ומעלה, להשתמש ב laminates נמוך (למשל, רוג'רסב, Is Astra, MT, או RDLP) מופחת מאוד (DLP) ו-DV) משפיע גם על פני השטח התחתון של Dtens) או על פני השטח התחתון של DLTV (DLP) ו-DV התחתון (DLP) ו-DV ירידה נמוכה מאוד (DLP) או ירידה נמוכה מאוד (DLP) או ירידה נמוכה יותר (DLP) או ירידה גבוהה יותר (DV ירידה (DLP) או ירידה ב-DLP) או ירידה ב-DLP) ו-DLP) ו-DLP) ו-DLP (DLP) או ירידה ב-DLP) או ירידה ב-DLP נמוך יותר (DDRDLP) או ירידה ב-DLP (DLP) על פני השטח התחתון של זיהומים (DLP) יש השפעה על פני השטח התחתון של חומר זה גם על פני השטח התחתון

שליטה באימפולס דורש רוחב עקבות מדויק וגובה דיאלקטרי.שדה-סולם קווי השידור שלך באמצעות כלים כגון Polar SI9000 או HyperLynx.בקש מהיצרן שלך עבור קופון חסימה (אתר מבחן על אותו פאנל) כדי לוודא כי הדחף האמיתי המנוצב תואם את המטרה בתוך ± 10%.

סימבול ואימות

לפני ביצוע ייצור, לדמות את נתיבי האות הקריטיים. השתמש באלקטרומגנטיים (EM) כדי לחלץ S-parameters, דיאגרמות עיניים, ואת לוחות הרדמה של זמן-דומיין (TDR) מזהה נקודות השתקפות, הפסקות אי-ציות, והפחתה מוגזמת. עבור יושרה כוח, השתמש SPICE או מנתח PDN למודל decoupling ולאשר כי נשאר תחת לוחמת התדירות של קידוד (לעתים קרובות).

לאחר Prototyping, למדוד את הביצועים עם מנתח רשת וקטור (VNA) או או אוקטילוסקופ עם בדיקות פסיליות גבוהות ( > 20 GHz) השווה את אובדן ההכנסה נמדד והפסד החזרה עם סימולציות.אם רצפת הרעש נמדדת עולה על מפרטים, לבחון מחדש את הדהפטפטפטפטפטפטפטפטפט, באמצעות מיקום, ולהחזיר פערים.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

  • (ב) [ה]התחילה: [ה] [ה] [ה]] [ה]], [הכוחות האלה מחזירים זרמים למפלי, ויוצרים לולאה גדולה שמגבירה את הירידה במתח ו-EMI תמיד מספקת מטוס מתמשך מתחת לשכבת האות.
  • (FLT:0) אבחון כוח מספק רעש FLT:1hil: זוגות של מסילות רכבת אנרגיה רועשת לתוך נתיבי אות באמצעות סיכות האספקה של הנהג. השתמש ב-LDOs ייעודי או פי מסננים עבור מעגלים רגישים.
  • (ב) ,0) שימושים רבים מדי על עקבות יחיד: כל אחד באמצעות תוספת של חינוך.
  • (FLT:0) תלות על כללים של אגודל 1 (Ethbph עקבות קצרות) הוא נחמד, זה לא מספיק. השתמש סימולציות וערימות המסופקות על ידי היצרן כדי לקבוע רוחב וספא. באופן עיוור לאחר 1.5x או 2x ספאcing עשוי להיות לא מספיק עבור 5 Gbps+.
  • (ב) ,0) ,הדגשה על השפעות תרמיות: נתיבי אות קדמוניים (למשל, במגברי חשמל) מתחממים, משנים את התנגדות הנחושת וירידה מוגברת של מתח.

מסקנה

עיצוב נתיבי אות מהירים הממזערים את הירידה במתח ורעש הוא תהליך שיטתי המשלב משמעת פריסה פיזית, מדע חומרי ואימות.על ידי שליטה באימפולס, קיצור של אורך עקבות, באמצעות מטוס קרקע מוצק, ויישם משמעת ממוקדת ולסיום, מהנדסים יכולים להשיג שלמות אות אמינה אפילו במערכות סימנים דיגיטליות ומעורבותיות מעורבות ביותר.