Seri İletişim protokollerine Aklım İçin En İyi Uygulamalar Pcie ve USB gibi Beton Layouts

Modern PCB Tasarımlarında Seri Protokollerin Eleştirel Rolü

Çağdaş elektronikte, bileşenler arasındaki yüksek hızda veri hareket etme yeteneği, bu protokolleri seçmez, ancak tüm sinyal bütünlüğünü koruyan ve güvenilir bir performans sunan basılı bir devreye entegre etmek için baskı yapan bir devreye giriş yapın.Sürekli olmayan bir sistemdeki her şeyi dinamik devre dışı bırakmak için yüksek hızlı bir arayüze yol açabilir.Forktörlük bağlantıları için, bu protokoller için, bu makaleye eklenmez ve güvenilir bir şekilde ayarlandığında, USB ekranını güvenli bir şekilde genişletir.

Kompakt bir IoT modülü veya karmaşık bir sunucu anne dolabı tasarlıyor olsanız da, kontrol edilebilirliğin ilkeleri, diferansiyel çift yönlendirme ve evrensel olarak uygulamanız için uygun bir zemine sahip olacağız.Uzgunsuz yüksek performanslı bir yönetime güven ile özel gereksinimleri inceleyeceğiz.

PCIe ve USB protokolleri Derinlik

Her protokolün elektrik özelliklerini takdir etmek için kurallara girmeden önce, her bir protokolün elektrik özelliklerini takdir etmek önemlidir. Her ikisi de diferansiyel sinyale güvenir, verilerin eşit ve ters gerilimlere sahip bir çift tel üzerinde aktarıldığı yerde.Bu mükemmel gürültü bağışıklığı sunar ve yüksek frekanslarda sinyal bütünlüğünü korumaya yardımcı olur.

PCI Express: Mimari ve Signal Grupları

PCIe, belirli şeritler kullanan bir nokta seri otobüs, her biri bir ileti çift ve bir çift almaktır. A way is a full-duplex kanal. Modern sistemler çoklu şeritler (x1, x4, x8, x 4, x8, x 4, x 4 şeritler için, data oranı 16/ GTs (aynı zamanda sabit bir şekilde sabitlenme) ile sabit bir şekilde kontrol noktaları arasında bir kontrol sistemi sağlar.

USB 2.0'dan USB4 ve Thunderbolt'a

USB dramatik bir şekilde gelişti. 2.0, 5 GT / (D+/D-) bir veri hızına sahip tek bir diferansiyel çift (SSTX ve SSRX) 5 GT /s (USB 3.2 Gen 2), her biri 90 ohms diferansiyel dürtüyü gerektirir. USB4 ve Thunderbolt 3 USB 3x, USB-C bağlantısını sağlar ve USB-C bağlantılarını kullanarak, yüksek çözünürlükte 85 ohms fark eder.

PCB Tasarımı için Anahtar Uyarılar: Teoriden Layout

Elektrik gereksinimlerini fiziksel düzen kararlarına aktarmak gerçek uzmanlık gerektiren yerdir. Aşağıda tasarım aşamasında ele alınması gereken kritik faktörlerdir.

Impedance Control: Yüksek Hızlı Tasarım Vakfı

Kontrollü dürtü isteyeme istenmiyor. Bir iznin özelliği genişliğiyle belirlenir, referans uçağına mesafe ve PCB materyalinin dielektrik sabiti için.For PCIe, diferansiyel hedef 85 ohms (örneğin, bakırın 1'i hesaplamak için tipik bir toleransı ile) için 90 ohms. - PCB fab evi, bu dört kat daha önce bir mikroploğa sahip bir kanalda, bu işlemi doğrulamak için gerekli olan bir kanalda 4 kattavaptır.

Her zaman, üretim çiziminizde gerekli olan gereksinimi belirt. Ayrıca, satılan maskenin etkisini göz önünde bulundurun. Solder maskesi biraz daha azaltır, bu nedenle ön hesaplarınız kontrol edilen bir kılavuz için dikkate alınmalıdır[FLT 1:0).

Signal Integrity: Yanmalar, Crosstalk ve Attenuation

İletim hattındaki her sonsuzluk bir yansımaya neden olur. Vias, konektörler ve izlerdeki değişiklikler tüm ters bir boşluk yaratır. yüksek hızlı sinyaller için, 16 Gbps sinyalleri için en az 12 kez daha kesintisiz olarak çalışır.Gerekli geçişler için uçabilir (örneğin, katlamalar için).

Attenuation yüksek frekanslarda önemli hale gelir. Dielektrik kayıpları frekansı ile artar, bu yüzden uzun PCIe izlerini (over 8 inç) kullanarak Megtron 6 veya Isola Tachyon gibi düşük büyüklükte bir laminat kullanmayı düşünün.

Yer ve Yol Geri Döndü

Katı, sürekli zemin uçağı yüksek hızlı sinyaller için gereklidir. Zemin uçağı, zemin düzlemde bir bölmenin düşük gecikmeli bir şekilde geri dönüş yolunu sağlar.Herhangi bir boşluk veya zemin düzlemde bölünmüş, 2. katta bir düzlemde bulunan büyük bir döngü anteni oluşturmak için, o zaman EMI ve degrad sinyalinin yakınında bir çift için zemin düzlemde bir adım atmanız gerekir.

Sayfanın uzunluğu ve kontrolü

Bu, iki izlerinin, uzun süre yanlış bir şekilde 30-35 milyondan az olması gerekir (bu, bu, diferansiyel sinyalin dengelendiği anlamına gelir).For PCIe Gen4, intra-konuşağıtlamalar (en azından 3x'ten daha az) doğru şeritler için, tüm ekranların bitmesini gerektirir.

USB 3.x için, SuperSpeed çiftleri için intra-konuşağı 5'ten daha az olmalıdır ve iki SuperSpeed çift (SSTX ve SSR) bağlantıda skew'dan kaçınmak için 100 mil içinde eşlenmelidir. USB 2.0 D+/D- daha fazla, ancak 50 milyonlar içinde onları eşleştirmek hala ortak mod gürültüsünü azaltmalıdır.

PCIe ve USB için ipuçları: Pratik Teknikler

Gerçek routing sürecine odaklanalım. Hedef, kontrolden gelen sinyal kalitesini kabloya koruyan bir yol yaratmaktır.

Diferansiyel Pair Routing Kuralları

Katman Stackup ve Via Strateji

PCIe Gen3 ve daha yüksek için, geri dönüş yolunda sağlam bir referans uçağı sağlayan bir tabaka yığınını kullanın. Tipik bir 4-katlı yığın: Signal (top) – Ground – Power – Signal (altın) Üst ve alt tabakalar, geri dönüş yolunu sağlayan bitişik zemin uçağı ile kullanılır.

Via design is critical.Use the small via Drillscale that is manufacturable (genellikle 8-10 mil matkap, 16-18 mil ped) to reduce as kapasite ve indüktörlük.For PCIe Gen5 at 32 GT /s, microvias (laser-drilled) with a 4 milyon dolarlık bir parça her sinyale bir sonraki her sinyale kadar (en 30'lu) düşük giriş yolu sağlamak için.

Stok ve kontamine

Panelin kenarlarında kabloları kabloya en aza indirmek ve EMI'yi azaltmak için bağlantı noktalarına sahiptir. USB-C için, bağlantı 24 pins vardır ve yüksek hızlı çiftler bağlantının merkezinde bulunur.For PCIe kenarlarında (örneğin bir grafik kartında gibi), arka parmaklardan en az uzunlukta bir fanout kalıbı kullanmak için çok sıkışıklık rotası gerekir.

Genellikle, [[Dönetici:0) XP 3.2 spesifikasyon[Dönlendirme önerileri için (FLT:1) veya [[Dönlendirme önerileri için [[Dönlendirme önerileri için [[Dönlendirme önerileri için [[Dönlendirme|Dönlendirme|Dönlendirme|2)

Robust High-Speed Design için ek en iyi uygulamalar

Temel düzen yönergelerinin ötesinde, birkaç ek uygulama tasarımınızın güvenilirliğini önemli ölçüde artırabilir.

Güç bütünlüğü ve Decoupling

Yüksek hızlı geçiciler büyük mevcut artışlar çizmektedir. Place decoupling cleors yakın güç pimleri ve kablolama için.For PCIe, arsa kapasiteci (10-100 μF) ve birkaç yüksek frekanslı atlama cihazı (0.1 μF ve 0.0 μF) ile güç bölmesi altındaki bir ağ modeli, Siste veya kablolama özelliklerine yakın olarak kalır.

ESD Koruma ve Filtreleme

USB konektörleri kablolardan ve insan dokunuşlarından kaynaklanan estatik deşarja maruz kalıyor. Place TVS diyots on the D+/D- and SuperSpeed Lines near the screen. Select a TVS with low cleance (under 0,5 pF) to avoid degrading sinyal bütünlüğü. For USB 2.0, common-mode chokes are often used to its setting.

Simülasyon Üretimden Önce Simülasyon

İki tür simülasyon önemlidir: sinyal bütünlüğü (SI) ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) Ansys HFSS veya Keysight ADS kanalını alıcıya modellemek için modellemek için zaman alanı reflektif (TDR) imkansız profil ve göz diyagramı.For PCIe Gen4, göz açmaları en az 0.3 UI ve jitterin cihazını kullanarak 0.15 UI p-p. USB 3.2 için, uyumlu göz maskesi, spesifikasyon ile tanımlanır.

Daha derin bir simülasyon iş akışlarına göz atarak, [[GÖRÜŞÜNÜ:0)Keysight PCIe tasarımı ve test çözümleri) Sayfa değerli kaynaklar sağlar.

Test ve Geçerlilik

Geminin uydurması, titiz test zorunlu.Bir zaman alan reflektometresi (TDR) diferansiyel çiftlerin dürtülerini ölçmek için kullanılır.Görüntüdeki boşlukların % 10'u kadardır (örneğin, Lecroy Voyager veya Teledyne LeCroy USB test cihazı) resmi uyumluluk testi paketini çalıştırmak için.For PCIe Gen4)

Termal Yönetim

Yüksek hızlı protokolleri ısıtıyor. PCIe kontrolörü ve USB güç teslimatı (PD) kontrol cihazı, QFN veya BGA paketlerinin altında ısıtılabilir.Bir termal ped kullanın ve maruz kalan paddle'ı birden fazla termal vias ile bağlayabilirsiniz. Yüksek hızlı izlerinin doğrudan telleri ve havalandırmayı sağlamak için doğrudan sıcak noktaların üzerinde rotalamamasını sağlayın.

Sonuç: Güvenilir Yüksek Hız İletişimi için Bir Vakıf Yapın

PCIe ve USB'yi bir PCB düzenine entegre etmek, elektrik teorisini pratik üretim kısıtlamalarıyla birleştiren bir disiplindir.Bu tasarım sadece teorik olarak sağlam, doğru zeminleme ve titiz yönlendirme ile, katı zamanlama ve gürültü marjlarını karşılayan bir tasarım oluşturabilirsiniz. Tasarımın sadece teorik olarak sağlam bir şekilde seslenmemesini sağlar, aynı zamanda gerçek dünya koşullarında da güvenilirdir.

Her proje benzersizdir, ancak temel ilkeler sabit kalır. Katı bir yığınla başlayın, diferansiyel çiftler için katı routing kuralları uygular ve asla temiz bir geri dönüş yolundaki önemini küçümsemez.Veri oranları tırmanmaya devam ettikçe -Ie Gen6 64 GT /'ye ulaşır - aynı en iyi uygulamalar sizi daha kritik hale getirecektir.