Multi-katlı Kurullarda Yüksek Hızlı Sinyal Yönlendirmeleri için Stratejiler

Çok katmanlı baskılı devreler (PCBs) yüksek hızlı sinyal yönlendirmesi, çok katmanlı sistemlerde bile hızlanan görevlerden biridir. Hedef, sinyal bütünlüğüne, elektromanyetik müdahaleye (EMI), ve sistem başarısızlıklarına neden olabilir.Bu makale, ileri simülasyon teknikleri için kapsamlı bir dizi sağlar - bu sayede mühendisler çok katmanlı tahtalarda gecikmeli sinyal yönlendirmelerini optimize eder.

Multi-Layer PCB Yapılarının Temelleri

Çok katmanlı bir PCB, iletken bakır tabakalarını ve dielektrik materyallerini, ısı ve baskı altında bir araya getirir. katmanların sayısı genellikle yoğunluk ve performans gereksinimlerine bağlı olarak, her katmanın belirli bir işlevi vardır: sinyal routing, güç dağıtımı veya zemin referansı.

Yüksek hızlı sinyaller kontrollü bir kesintisiz iletim hatları gerektirir. Bir iznin imkansızlığı genişliğine bağlıdır, en yakın referans uçağına ve çevredeki malzemenin dielektrik sabitine bağlıdır.Çok katmanlı bir uçakta, referans uçağı genellikle sağlam bir zemin veya güç uçağıdır. Tüm rotadaki tutarlı bir engeli korumak, hangi yüzüğü ve zaman zaman hatalarına neden olur.

Çok katmanlı kurulların yüksek hızlı tasarım için neden tercih edildiğini anlamak için, geri dönüş mevcut yolu göz önünde bulundurun. Yüksek frekanslarda, sinyal geri dönüş sinyalinin hemen altında, aynı yolda ancak ters yöndeki bu mesafeyi en aza indirir.Bu yakınlaştırma, sürekli bir referans uçağı olmadan, geri dönüş akımının alternatif yolları bulmalı, EMI'yi ve degrad sinyali kalitesinin altından hızla çıkmasını sağlar.

Katmanların Doğru Numarasını Seçin

Bir katta ki, uçarak, sinyal hızı ve güç bütünlüğü ihtiyacı vardır. Bir dört katmanlı uçakla bir tane zemin uçağı ve bir güç uçağı, geçişler yoluyla döngüyü daha düşüklere yardımcı olur.

Ortak yığın konfigürasyonları şunları içerir:

Mühendisler, çöp toplama hedeflerini ve üretim yeteneklerini doğrulamak için tasarımda erken PCB kumaşatörüyle çalışmalıdır.TheurFLT:0)IPC standartları[Dönetici 1) (özellikle I-2141A ve IPC-2252) kontrollü yönlendirme tasarımı ve ölçüm için değerli kılavuzlar sağlar.

Yüksek Hızlı Routing için Stratejik Planlama

Optimizasyon tek bir iz çizilmeden önce başlar. Başarılı yüksek hızlı routing, bileşen yerleştirme, tabaka atama ve yönlendirmeyi içeren bir üst düzey strateji gerektirir. Aşağıdaki ilkeler sinyal tipine bakılmaksızın uygulanır.

Kısa ve Doğrudan Yollar Önce

Her iz milimetre gecikmeyi, değerlendirmeyi ve potansiyel gürültü darbesini içerir. Yüksek hızlı ağlar - sadece düşük hızda veya daha az kritik alanlarda yılan segmentlerini ekleyin - sinyal bozulmasının ve mümkün olduğunca kısa ve düz bir şekilde azaltılmasını sağlar.

Katman Stack-Up Optimizasyon

Katmanlı çöp kutusu, yüksek hızlı sinyaller için, onları sağlam bir zemin uçağa hemen bitişiktir. Bu yapılandırma, referans olarak adlandırılan bir mikrostrip (iç tabaka) veya striptiz (iç tabaka), yığınlama ve öngörülebilir bir kesintiye yol açan zemin atalarını bölmek için tek bir yere bölmek için bir yere bağlanmak için bir yere sahip.

İyi tasarlanmış bir yığınlama, inşaat sırasında savaş sayfalarını önlemek için simetrik bir inşaat kullanır. Örneğin, altı katmanlı bir yönetim aşağıdaki simetrik düzenlemeye sahip olabilir: sinyal (top), zemin, sinyal, sinyal, zemin, sinyal, iki iç sinyal tabakaları zemin uçaklar arasında sandviçlenir, en kritik ağ için mükemmel bir kalkan sunar.

Yeraltı Planlarının Etkili Kullanımı

Sürekli, kesintisiz bir zemin uçağı muhtemelen yüksek hızlı PCB tasarımında en önemli unsurdur. Ground uçakları birden fazla şekilde hizmet eder:

Hızlı izlerinin altında bir zemin uçağı asla bölmeyin.Eğer bölme uçakları kaçınılmaz (örneğin, galvanic izolasyon), sinyalin geri dönüş yolunu koruyan bir köprü veya diferansiyel çift aracılığıyla rotalanmış olması gerekir. Pratikte, tüm dijital ve analog sinyalleri için tek bir zemin uçağı tutmak ve uçaktaki boşlukları kullanmak daha iyidir.

Kontrollü Impedance

Yüksek hızlı sinyaller için, karakteristik dürtü kaynağı eşleştirmeli ve gereksiz yere yüklenmelidir -tipik olarak 50 ULL tek uçlu veya 100 ULL diferansiyel. kontrollü dürtü, iz kalınlığını ve dielektrik kalınlığını referans uçağı için ayarlamayı içerir.

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

[FONT:0] [DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Yüksek Hızlı Netler için Routing Kuralları

Taht ve dürtü tanımlandığında, belirli routing kuralları sinyal kalitesini korumak için uygulanmalıdır. Aşağıdaki kurallar tüm yüksek hızlı ağlara uygulanır, farklı çiftlere, saatlere ve otobüslere özel dikkat ile.

Trace Spacing ve Crosstalk Önleme

Crosstalk, bir izden gelen elektromanyetik alanların bir bitişik iz üzerinde gerilime yol açtığında meydana gelir. Darbe kapasitesi (elektrik alanı) ve endüktif (manyasal alan) ile geçiş yapmak, en az üç kez referans uçağın üzerindeki izlerin arasındaki ayrımı sağlamak (3× kural).

Yüksek veri oranlarında çalışan otobüsler için (örneğin, Prat4, LVDS), grupla ilgili sinyalleri aynı katmanda bir araya getirir ve onları “bir katı zemin üzerinde yollayın” olarak bilinen bu teknik, alanları sınırlandırır ve gruplar arasındaki haçı azaltır.

Via Minimization and Optimization

Her bir işlem, çok katmanlı bir yönetimde yer alan parasitik indükleme ve kapasiteye sahiptir.Indükance uzunluğuna göre (kömüller arasındaki mesafe) ve aksine, çok katmanlı bir tahta ile ilgili olarak 1-2 nH indükleme ve 0.3-0.5F kapasitelidir.

Etkisi ile en aza indirmek için:

Diferansiyel Pair Routing

Diferansiyel sinyalleme yüksek hızlı arayüzlerde yaygın olarak kullanılır (USB, HDMI, PCIe, Ethernet) çünkü daha fazla gürültü bağışıklığı ve daha düşük EMI sunar. çiftlerin iki izlerinin eşit uzunlukta ve eşleştirilmiş yönlendirme kuralları ile yollanmalıdır: Anahtar yönlendirme kuralları diferansiyel çiftler için:

Uzun ayar gerektiren tasarımlar için (örneğin, yılan bölümleri zamanlama çizgisi için), çiftin kaynağın veya varışın yakınında olduğu alanda yılanı ekleyin ve virajları kademeli olarak tutmalısınız. ek uzunluk her iki iz için de aynı olmalıdır.

Bus'ı işleme: Data, Address ve Saat

Buss like Prat memory or parallel otobüsler birden fazla ağ arasında dikkatli zamanlama ayarlaması gerektirir. uzun eşleştirmeye ek olarak, aşağıdakileri düşünün:

Aşırı Yüksek Hızlı Tasarımlar için Gelişmiş Teknikler

10 Gbps veya RF uygulamaları için, standart FR-4 dielektrik kayıpları kabul edilemez hale gelir. Bu hızlarda, tasarımcı gelişmiş malzemeleri ve teknikleri benimsemelidir.

Low-Los Dielektrik Malzemeler

FR-4 yüksek bir dağıtım faktörüne sahiptir (örneğin ⁇ 0.02), çok hızlı arka düzlemde önemli ölçüde değerlemelere neden olur. Rogers RO4000 serisi, Isola IS620 veya Panasonic Megtron 6 teklif daha düşük bir gecikme (daha istikrarlı dielektrik sabitleri ile çalışır.Bu malzemeler genellikle yüksek hızda geri dönüşümlü, RF tahtalar ve mikrodalga devreler için kullanılır.

Yılan ve Tromuc Uzunluk Eşleşme

Uzun eşleştirme talepleri mevcut alanı aşıyorken, yılan izlerini (switchback kalıpları) veya trompet düzeni (geçmiş ve arkasını dışarı çıkarmak) yılan bölümler için önemli tasarım kuralları kullanılır:

Güç Bütünlemeleri

Yüksek hızlı geçiş akımları güç dağıtım ağlarında gürültü oluşturur (PDN). Güç tedarikinden alınan büyük bir geçici akım, gerilim katop ve jittere neden olabilir.Bu, birden çok dekoupling kapasitör kullanan özel güç uçaklarını kullanarak, güç pinlerine yakın bir şekilde kullanır. Örneğin, 0 kapasiteye sahip olmalıdır.

Return Via Stitching

Yüksek hızlı bir sinyal değişikliği katmanlarını bir sinyal aracılığıyla değiştirirse, geri dönüş akımı da referans uçakları değiştirmelidir.Eğer bir zemin üzerinden kapatılamaz (tipik olarak 100 mil içinde) sinyale kadar, geri dönüş akımına göre daha uzun bir yol bulursa, en azından iki zemini yayılabilir ve simetrik olarak sinyal kalitesi ile birlikte yerleştirin.

Simülasyon, Geçerlilik ve Test

En titiz yönlendirme yönergeleri bile simülasyon ve fiziksel test olmadan bir çalışma tasarımını garanti edemez. Aşağıdaki araçlar ve yöntemler yüksek hızlı PCB geliştirmede standarttır.

Pre-Layout Simülasyonu

Konsept aşamasında, tüm sinyal yolunu –vida, PCB izi, model ve alıcı aracılığıyla – bir devre simülatörü (örneğin, HyperLynx, ADS veya SPICE) Bu simülasyon yanlış eşleşmeleri ortaya çıkarabilir, çapraztalk seviyelerini ve zamanlama marjlarını ayarlayabilir.

Post-Layout Simülasyon

Takip ettikten sonra, PCB geometrisini çıkarın ve kritik netlerin 3D elektromanyetik modelini üretir. Tam dalga çözücüleri (örneğin, HFSS, CST veya SI dalgası) gerekli maskelerle karşılaştırıldığında, göz diyagramları ve zaman alanı reflektif (TDR) yanıtları.

Kumaşlama ve Test

PCB kumaşatöründen panelde kuponları test etmek. Bir zaman alan reflektometresi bu kuponların gerçek dürtülerini ölçmek ve tasarımla ilişkili olmak için.Bir oscilloskop ve aktif bir Prodüksiyon ile test ettikten sonra, yüksek hız testi yapın, aşırı hızlanır ve jitter kullanın.

Bu test yöntemlerinin ayrıntılı bir anlayışı önemlidir.Kaynaklar gibi kaynaklar:0)IEEE), yüksek hızlı ölçüm teknikleri üzerinde kağıtlar sağlar. Ek olarak, FPGA ve hafıza satıcılarından referans kılavuzları genellikle gerçek dünya uygulamaları için gerekli olan örneklemler ve simülasyon verileri içerir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Çok katmanlı tahtalarda yüksek hızlı sinyal yönlendirmesi, çok katmanlı malzemelerle başlayan ve simülasyon ve test yoluyla devam eden bir disiplin yaklaşımı gerektirir.Kısa, doğrudan rotalar, sürekli zemin tasarım ve doğrulama, kontrol etme ve son derece ürünlerle minimleme, mühendisler çok yüksek çözünürlükte mükemmel sinyal bütünlüğüne sahip olabilirler.Bu stratejiler sadece bir çift disiplini ve tümleşik performans sınırlarına kadar devam eder.