Yüksek hızlı Signal Integrity için Trace Genişlik ve Spacing

Gigahertz Frontier için tasarım

PCI Express Gen 5, Prat5 gibi modern hızlı arayüzler ve 400 Gigabit Ethernet, her plan mühendisinin iz ve izlerinin her milimetresi, her bir bakır ve her mikron dielektrik alanı, bir tasarım kusursuz bir şekilde çalışır veya sabit zamanlama hataları veya biraz geri dönüşümlüdür.Bu geometrilerin temel değişkenleri izlenir ve takip eder.Bu iki parametre, PCB ile birlikte, doğrudan kontrol eder ve kanaldaki özellikleri kontrol eder.

İz genişliğini optimize etmek ve spacing yansımaları, aşırı jitter, elektromanyetik müdahale (EMI) ve nihayetinde sistem başarısızlığını yansıtacak şekilde, yüksek hızlı sinyal bütünlüğünün işlenmesi için doğru bir şekilde karar verme konusunda kapsamlı, mühendislik odaklı kılavuzluk sağlar.

Signal Integrity'nin Temellerini Anlayın

Signal bütünlüğü (SI) elektrik interconnectste sinyal kalitesinin incelenmesidir.Sağ oranları daha hızlı hale gelir (bu geçişin ardındaki fizik iz ve spacing için gereklidir.

Transmission Line Theory

Bir PCB'de bir iz mükemmel bir iletken değildir.Bu, sinyalin yukarı zaman uzunluğuna kadar, bir iletim hattı olarak muamele edilmelidir.C) ve kapasitance (C) birim uzunluğuna göre yüksek çözünürlükte 100 adet sabitlik (L/C).

Crosstalk Problemi

Crosstalk, bir saldırgandan çiftleri kurban izlerinin içine aldığında oluşur. Bu darbe, ses olarak ortaya çıkıyor ve zamanlama jitter veya yanlış geçiş. Darbe mekanizması, agresyon (giriş) ve karşılıklı kapasitans (kapıtıcı) ile aynı yönde bir araya geldiğinde, ilk olarak geri dönüş katlanıcısı, en iyi şekilde en iyi şekilde hareketli noktaların en iyi şekilde tutulmasına karşı en uygun şekilde yol açan tümleme noktaların en yüksek seviyedeki daralma yol açıyor.In striptizci katmanları arasında.

PCB Stackupup'ın kritik rolü

Yüzeysel ve ön materyaller, yüksek Dk malzeme (Df veya kayıp) ve tüm elektrik tabakalarının kalınlığı bir iz üzerinde yoğunlaşır. Yüksek Dk materyali, verilen bir sabitleme için izin verilen bir sabitleme için tasarlanmıştır. ancak yüksek Dk malzemeler genellikle yüksek Dk malzemeler (Df veya kayıp malzemeler), ve yüksek çözünürlükte olan Jake, Megtron veya yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan 10 inçlik bir yüzeyde de kontrol edilir.

Trace Genişlik: Impedance ve Current

Trace genişliği, sinyal yolundaki karakteristik engelleri belirlemek için birincil değişkendir. Ayrıca DC direnişi ve mevcut araçlama kapasitesini diktir. Optimizleme izi genişliği, bu elektrik gerekliliklerini PCB üretimine karşı dengelemek için gereklidir.En yüksek hızlı tek uçlu arabirimler için hedef 50 Ω ± 10%, diferansiyel çiftler ise 85 ULL veya 100 {{ hedef alır.

Mikrostrip vs. Stripline Topolojis

Referans uçağın geometrisi, üstolojiyi tanımlar. Mikrostrip izlerinin altında tek bir referans uçağın bulunduğu dış tabakalarda bulunur ve daha kolay bir şekilde dekore edilirler. ancak, dışsal elektromanyetik alanlar ve çevresel faktörlere daha hassastır (örneğin, 10 Gbps’nin üzerindeki baskı noktalarına gömülüdür).

Karakteristik Impedance

Belirli bir hedef için iz boyutları hesaplamak, özel alan çözücüleri gerektirir. Polar Instruments SI9000, Ansys Q3D veya açık kaynak hesaplayıcıları izlerini (W), iz kalınlığı (T), dielektrik yüksekliği (H), ve dielektrik sabiti (Er) hesaplamak için standart bir formüldür:

[0]Z0 ⁇ (87 / √ (Er + 1.41)) * ln (5).98 * H / (0.8 * W + T)).

Bu formül kaba bir tahmin sağlarken, modern yığınlar, güvenilir bir faktöre bağlı olarak, satılana bağlı olarak 2D veya 3D ekstraksiyon gerektirir.(FLT:1) Cihazı [D katmanlı FR-4 kurulu 50 {{ dış katmanında 50 {{ hedeflemek, izobilite çekleri ilk kez 15 milyondan 15 milyona kadar sürebilir.

Şimdiki Kapasiteyi ve IPC-2152

İz genişliği sadece imkansızlık tarafından belirlenmemektedir. bakırın da aşırı ısıtma veya gerilim bırakmadan gerekli DC akımı taşımak için yeterince geniş olması gerekir.IPC-2152 standart (eski IPC-2221), gerekli kesitsel alanı belirlemek için çok daha dar hale getirebilir.

Trace Spacing: Crosstalk ile İlk Savunma

İz genişliği engellenen hedeflere ulaşmak için ayarlandığında, bir sonraki kritik optimizasyon, izlerin arasına doğrudan darbe katacağını belirler.Bu uyarı doğrudan bitişik ağ arasındaki mesafeyi artırır.Aggressor ve kurban izlerinin arasındaki mesafeyi artırmak, sürücü gücünü azaltmak veya filtrelemekten çok daha etkili bir mitigation tekniğidir.

3W ve 5W Kuralları

Üst düzeye kadar iki izden oluşan mesafenin en az üç kez izleyebileceği (düşük boşluk 2W) genellikle ikiyüzlülükten fazla bir süre sonra, ikiyüzlülükten daha fazla farklı olarak farklı olarak farklı olarak, ikiyüzlülükten daha fazla farklı olarak farklı bir şekilde farklı olarak, bir 5W kuralın (en iyi bir şekilde) iki katına çıkarılması gerekir.

Diferansiyel Pair Routing Kılavuz

Diferansiyel sinyaller P ve N izlerini ortak mod gürültüsünü reddetmek için sıkı darbeye güvenir. (S) Uygulamalı kesintiler elde etmek için hesaplanır; eğer çok daha gevşek olursa, çift ortak mod reddedilme avantajını kaybeder.

Aggressor, Victim ve stratejikler

Hangi netlerin agresyon olduğunu ve hangi kurbanların tasarım incelemesinde kritik bir adımdır. Yüksek hızlı, yüksek hızlı ağ (örneğin saatler veya veri strobes) aynı katmanda güçlü bir aggressors. Low-swing, yüksek hacimli ağ veya analog girişler (örneğin sıfır çizgiler veya analog girişler) hassas bir kurbanlar sağlar.

The Rise Time Factor: Frekans Neden Her Şey Değil

Yüksek hızlı tasarımdaki en yaygın hatalardan biri, sinyalin yükselmesini görmezden geldiğinde sadece saat frekansına odaklanır. Modern dijital ICs'te, transistör geçişi daha hızlı, saat hızına bakılmaksızın, yavaş bir saat.

Diz Frekansı (F knee)

Diz frekansı (F knee) dijital sinyaldeki en yüksek frekans bileşenini temsil eder.% 10-to-% 90 artış süresi (Tr), formülü kullanarak: 03:0375| knee = 0.35 / Tr) için, 6.4 Gbps'de çalışan LPDDR5 arayüzü, yaklaşık 156 ps hız süresine sahiptir.

Band genişliği ve Data Rate Correlation

Mühendisler genellikle veri oranını (Gbps) bant genişliği ile karıştırır (kökme) için (örneğin, ölçüm ve dağıtım ile frekanslar geçmek gerekir.Bu yüzden en iyi saat frekansı, veri oranını artırmak için gerekli olan bir kanal analizinin sadece bir parçasıdır, eklentileri korumak için gerekli olan bant genişliği ve ilginin tüm genişliğini geçmek zorundadır.

Üretim Gerçekliği ve Hoşgörüleri

Bir tasarım sadece inşa edilen yönetim kurulu kadar iyidir. İyi ki iz genişliği ve spacing PCB üretimindeki doğal istatistiksel varyasyonlar için dikkate alınmalıdır. Ignoring toleranslar mükemmel bir şekilde simüle edilen bir tasarımda sonuçlanabilir ancak işlem değişimleri nedeniyle üretimde başarısız olabilir.

Etch Faktörü ve Bakır Kilo

İdeal izler mükemmel bir şekilde dikdörtgen kesitler vardır. ancak, kimyasal etching, bakırı daha sonra da dikey olarak kaldıran bir izdir. vsh oranı (vertical vsh oranı) genellikle 2 ila 4:1 arasında bölünmüştür. Bu alt faktördeki izlerinin üst kısmından daha dar olması gerekir. 50 GU izi varsayılır.

Soldermask ve Surface Ultimate Effects

Satılmış mikrostrip izlerinin 4 {{'ye kadar düşük olması nedeniyle, yüksek hızlı tasarımları ön-fabrikasyon hesaplamalarında daha düşük bir miktar manyetik katmanın (ENIG, HASL, OSP, veya Immersion Silver) yüksek frekanslı kayıpları etkileyebilir, ancak etkili bir şekilde yüksek frekanslı yüksek frekanslı kayıpların etkisini artırabilir.

Satışcı Cap Yükümlülüklere Tasarım

Her PCB kumaşatörü minimum iz ve uzay yeteneklerini tanımlamıştır, genellikle 3 milyon/3 milyondan fazla standart teknoloji için 2.5 milyon /2.5 $ veya daha küçük gelişmiş teknoloji için Pushing for the absolute minimum permission across the entire board uses up cost and reduce it. Optimizasyon, sadece BGA fanout regions gibi) ve onları mümkün olduğunca rahatlatır (uzun, paralel çalışır) ve geçiş hedeflerine doğru doğru ilerlemeye yardımcı olur.

Gelişmiş Optimizasyon Teknikleri

Genişleme ve yayılmanın temel kurallarının ötesinde, gelişmiş tasarımcılar, bağlantılarından maksimum performans çıkarmak için belirli teknikler kullanırlar. Bu stratejiler gerçek dünya PCB düzeninin vazgeçilmez yönlerini ele alır.

Geri dönüş yolunu optimize etmek

Çevrimdışılık yüksek hızlı tasarım düşmanıdır. Bir izden seyahat eden bir sinyal, doğrudan altında veya üstünden geri dönüş için geçerli bir yol olmalıdır.Eğer bir izden bir boşluk veya yakın bir dönüş olmadan geçiş tabakaları, döngü alanı dramatik bir şekilde genişletir ve katmanların her geçişini zorlaştırır ve geçenleri ve EMI.ENFLT:0)Bu geçişler için dört kat daha fazla işletim sistemi ile daha fazla işletim sistemi için bir zeminde bir boşluk tutmak için gereklidir.

Via Geometry and Back-Drilling

Via stubs – bir kovalamanın kullanılmamış kısmı, ekin tabakasının ötesine uzatıyor – resonant stubs that degrad sinyal kalitesi. diz frekanslarında, stub uzunluğun çeyrekte eşitlediği, sinyal bütünlüğünü önemli ölçüde artırır. yüksek çözünürlükte, şeritli katmanlar kullanarak, arka-drilling) Ayrıca standart olmayan bir ölçüm ile standarttır.

Dense Alanlarında Geçmeler

Yoğun BGA fanout bölgelerinde, her sinyal için hedef izi genişliğini korumak fiziksel olarak imkansızdır. Tasarımcılar geçici olarak "teck down" pedleri arasında kaçmak için dar bir genişlikte. boynun uzunluğuna boyun eğerek bölümdeki son derece kısa sürede geri dönmeli - yüksek çözünürlükte gecikme süresinden hemen sonra - yüksek çözünürlükte gecikmeli bir şekilde geri dönmemelidir.

Robust Signal Integrity'ye giden yol

İz genişliğinin optimizasyonu ve yayılma, ideal elektromanyetik geometri, üretim pratik kısıtlamalar ve yönetim kurulunun ekonomik gerçeklerinin her tasarım için tek bir "kort" cevabı yoktur. Hedef, belirli sinyal frekansına dayanan, yükseliş süreleri ve gürültü bütçelerine dayanan bir dengeleme eylemidir.[Dönetici analizine göre, yüksek çözünürlükte otomatik olarak doğru bir şekilde test edilen ölçüm yöntemine göre)