Table of Contents

Yüksek hızlı sinyal yollarını tasarlayın, modern elektronik mühendisliği temel bir disiplindir. Sistemin tam hızda güvenilir olup olmadığını doğrudan belirler: Yüksek çözünürlüklü ADC ön uç veya bir saat dağıtım ağı (bir sunucu sınıfı CPU, fiziksel bir izotu ve kendini tanımlayan jitter) ve bu makale, sistem her iki hızlı şekilde de güvenilir bir şekilde test eder. İki birincil ve yüksek çözünürlükte: gerilim (IR ve geçici droop) ve gürültü (daha önce) ve gürültü (parçalışlı bir girişim ve kendini tanımlayan jitter) Bu makale, bir yazara dayalı, üretim odaklı kılavuzluk sağlar.

Yüksek Hızlı Sinyal Pat Challenges'ı Anlamak

Yüksek hızlı sinyaller hızlı kenar oranları ile karakterize edilir (geçmiş büyüme / düşüş süreleri) ve yüksek temel frekanslar (örneğin, bu hızlarda, bir iznin elektrik uzunluğu, sinyal dalgalarının önemli bir kısmı haline gelir ve geleneksel topaktlar başarısız olur.

Zorluk gerilim marjları küçülterek bileşiktir. Örneğin, 1.8 V mantığı tedariki sadece ±100 mV gürültü bütçesine sahip olabilir. Kötü tasarlanmış sinyal yolu, alıcının bile sinyalini görmeden önce, sinyalin ilk adımının olduğunu anlamadan önce kolayca yiyebilir.

Cilt Etkisi ve Dielektrik Kayıpları

Yüksek frekanslarda, mevcut bir iletkenin yüzeyinin yakınında yoğunlaşır (skin etkisi), sinyal yolunda daha etkili bir direniş. Benzer şekilde, PCB laminat frekans bağımlı dielektrik kayıpları (tan ⁇ ) Her iki fenomen de frekansı ve izi uzun süre kötüleştirir, sinyalin düşmesi ve kenar düşmesine katkıda bulunur, çünkü sürücü alıcının alıcıya daha fazla gerilim kazandırması gerekir.

Crosstalk and Coupling Mechanisms

Adjacent sinyal izler, variller aracılığıyla ve hatta güç uçakları karşılıklı kapasite ve indükleme yoluyla birkaç enerji sağlayabilir.Bu haçlı ses kurbanı sinyaline istenmeyen gürültü ekler. yüksek hızlı otobüslerde (örneğin,Robin hafıza), haçtalk zamanlaması ihlallerine ve veri yolsuzluklarına neden olabilir.

Simultane Anahtarlama Gürültü (SSN)

Birçok çıktı aynı anda değiştiğinde, sürücüdeki büyük bir geçici akım akışları (toprak düzlemi) ile çarpıyor (özellikle de yerdeki gerilim artışı veya SSN olarak bilinir. Bu gürültü doğrudan sürücüdeki etkili tedarik gerilimi azaltır ve sistemde başka yerlerde yanlış bir şekilde tetiklenebilir.

Signal Paths için Anahtar Prensipleri

Güçlü bir yüksek hızlı tasarım temel düzen ilkelerine bağlı olarak başlar. Aşağıdaki kılavuzlar başarılı sinyale sahip stratejinin temelini oluşturur.

Impedance Control Is Non-Negotiable

Sürekli referans uçakları ile tutarlı bir özellik (tipik olarak 50 {{ tek başına veya 100 ULLAH) korumak ve PCB kumaşatörünüz tarafından reçete edilen bakır kalınlığınızı doğrulayın.

Kısa Trace Uzunluks Parasitics azaltır

Her iz milimetre serileri içe ve kapasitance ekliyor. Uzun izler gerilim damlasını artırıyor (herhangi bir şekilde direnç ve indüktif tepkiye göre) ve gürültü (konuşturma ve dikkat çekmeye kadar) Kaynak veya alıcıya kadar kritik bileşenleri yerleştirin.Çok bantlar için, mümkün olduğunda birkaç inç altında izler.

Low-Impedance için Katı Zemin Plane Geri Döndü

Sürekli, kırılmaz zemin uçağı, yüksek hızlı akımlar için en düşük mesafe geri dönüş yolunu sağlar.Uzgun sinyalleri altında uçağın hassas sinyallerin altında tutulması veya bölünmesinden kaçının - bu kadar güçler tamamen yok etmek için mevcutları geri döndürür ve radyasyonu kullanın.

Sharp Bends ve Via Stubs

Sharp 90° izlerinin kenarlarını tanıtılması ve antenler olarak hareket edebilir. yerine 45° chamfer veya eğrili routing kullanın. Via stubs - kullanılmayan bir kısmını kovalama ve gürültüyü yüksek frekans yanıtla geri alın. Back-drill kullanarak her bir kesintiye neden olur.

Önceki Önceki yazı: Previousitize Return Path Sürekliity

sinyal akımı kaynağına geri dönmeli. Eğer geri dönüş yolu, zemin uçağını terk etmek ve yakındaki bir geri dönüş yolu sağlamak için seyahat etmek zorunda kalırsa ve EMI yükselir.Her zaman bir referans uçağı (köpücü veya güç) işaret katmanına ek olarak.

Gerilme Teknikleri

Yüksek hızlı yollarda gerilim sadece bir DC meselesi değildir - geçici droop mantığı başarısızlıklara neden olabilir. Aşağıdaki teknikler hem istikrarlı hem de dinamik gerilim düşüşü.

Optimized Power Dağıtım Ağı (PDN)

Düşük hızlı PDN temeldir. Geniş, düşük enerjili güç izlerini veya tüm güç uçaklarını kullanın. PlaceurFLT:0) Çok düşük kapasiteliler (Düzücükler) ile birlikte, 100 μF, 10 μF, 0.1 μF ve 100 pF) geniş bir frekans spektrumunu kapsayacak şekilde.

Proper Plane Stackup ve Katman Order

Ciddi yüksek hızlı iş için en az dört katman kullanın: üst sinyal, zemin, güç, alt sinyal. daha iyi performans için, ortadaki altı veya sekiz tabakayı özel zemin ve güç uçak tabakalarının yakınından indirilir ve sabit bir gerilim referans sağlar.

Via-Inductance Azalt

Vias kaçınılmazdır, ancak onların indükleri, yüksek hızlı bağlantı ve IC'lerin çevresinin düşük uçlu bir yüzüğü oluşturmak için zemin dikteleyerek en azalabilir.

Seri Tesih for Current Limiting

Küçük bir direnişçiyi (tipik olarak 22-50 ULL) sinyal çıktısıyla, sürücüye yakın, geçiş sırasında mevcut dalgalanmaları sınırlar. Bu, güç tedarikinde görülen di /dt azaltır, tedarik raylarında geçici gerilim düşüşünü azaltır. Series end dempens yansımaları, sinyal kalitesini artırmak ve gürültüyü azaltmak.

Gürültülülüğün Belirlenmesi için Teknikler

Gürültü azaltma, koruyucu, filtreleme ve dikkatli bir düzen kombinasyonu gerektirir. Aşağıdaki yöntemler pratikte kanıtlanmıştır.

Diferansiyel İşaretleme

Diferansiyel çiftler (örneğin, LVDS, USB, HDMI) çiftleri eşit ve tam olarak mevcut olan iki tamamlayıcı sinyalleri kullanır. Dış gürültü çiftleri eşit olarak her iki satıra kadar, böylece alıcının ayırıcı yükselteçleri diğer sinyallerle aynı zamanda, çiftin sıkı bir darbesini azaltır.

Decoupling ve Bypassing

Her bir güç kaynağı için yüksek hızlı IC'lerin pinine kadar mümkün olduğunca düşük eşdeğer serilere sahip olan yüksek frekanslı yüksek frekanslı cihazlarının frekansını filtrelemek gerekir.Use cleors with low equivalent series inductance (ESL), such as 0603 or 0402 paketler, ve X7R veya C0G dielektrikleri stabil performans için tercih eder.Analog Cihazlarının uygulama notunu )

Ferrite Beads ve Power Filtering

Hassas analog veya hızlı dijital bloklar için, ferrite hızlı bir şekilde güncelleyen raylara dikkat edin.Alantılı attanlar, DC'yi geçerken yüksek frekanslı gürültüyü sınırlayabilirler.

Dikkatli Katman Geçiş ve Via Design

Bir sinyal tabakaları değiştirdiğinde, her zaman birkaç milimetre içinde bir zemine eşlik eder. Bu kısa, düşük girişli bir yol sağlar ve radiating'den sinyali engeller.Kaynaklama izlerinin paralel olarak değiştirilmesinden kaçının; eğer bir bölme kaçınılmazsa, köprüyü küçük bir dikte ile kullanın.

Spectrum Saat ve Dithering

Daha sıkı EMI sınırları olan sistemler için, saatin tahmin edilebilir modülasyonunu (küçük bir yüzde ile frekansları ayırın) daha geniş bir gruptaki radiated enerjiyi yayıyor, top gürültüyü azaltmıyor, ancak aşağıdaki düzenleyici sınırları değiştiriyor.

PCB Stackup ve Katman Planlama

Katmanlı çöp yüksek hızlı bir tasarımda en önemli karardır. İyi planlı bir yığın aynı anda kontrol, düşük endükleme güç dağıtım ve etkili kalkanlama sağlar.

  • [FONT:0)Signal – Ground – Power – Signal): Klasik 4 katmanlı bir yığın, orta hızlar için çalışır (birkaç GHz'e kadar). Dış sinyal tabakaları sağlam uçaklara bitişiktir, iyi geri dönüş yollarını sağlamak.
  • [FONT:0)6-Layer Stackup[Dönler: Bir ek bir zemin uçağı ve bir güç uçağı (veya ek sinyal katmanı) Tipik katman: Top (signal) – Ground – Signal – Power – Ground – Bottom (signal) Bu, yukarıda referans uçaklarla iki gömülü sinyal katmanı sağlar ve aşağıda, haçlı bir düzlemi azaltır.
  • [FONT:0]8-Layer ve Yukarıda : Çok yüksek hız için (25 Gbps+), her sinyal katmanı için özel zemin uçaklarını kullanın ve birden fazla güç uçağı kullanın. Mikro taşıyıcılar aracılığıyla en aza indirmek için gömülüp gömülüdür.

PCB üreticisi ile birlikte, yüksek hızlı bir şekilde ayarlanan yüksek çözünürlük için (örneğin, FR-4, 10 GHz, Rogers veya Megtron ile daha yüksek frekanslar için) ve bakır ağırlık.ETHFLT:0)Texas Instruments'ın tasarım kılavuzuna göre, ortak veri oranları için önerilen yığın tabloları içerir.

Malzeme Seçimi ve Impedance Control

Standart FR4, 4.2-4.6 ve 0.02'nin bir dağıtım faktörü (Df) ile bir dielektrik sabiti (Dk-) vardır, ancak bunun ötesinde, 5 Gbps ve üstü, düşük-zenfeksiyonlu laminatlar (örneğin, Rogers 4350B, Astra MT77 veya Megtron 6), Df < 0.005 ve daha sıkı Dk toleransları olan yüzeylerde de problemli hale gelir.

Impedance control, tam bir iz genişliği ve dielektrik yüksekliği gerektirir. Alan-solve your iletim hatları Polar SI9000 veya HyperLynx gibi araçları kullanarak. Üreticinizi bir engelleyici kupon için sorun (aynı panelde bir test izi) gerçek kumaşlı imkansızlık maçların% 10'u içinde test etmesini.

Simülasyon ve Geçerlilik

Üretime hazırlanmadan önce, kritik sinyal yollarını simüle edin. Elektromanyetik (EM) alan çözücüleri S-parametreleri, göz diyagramları ve zaman alan yansımaları yansıma noktaları (TDR) arsaları. Simülasyon, yansıma noktaları, dikkatsizlikleri ve aşırı dayanıklılıklarını tanımlar. Güç bütünlüğü için, SPICE veya PDNr kullanarak, kesinti ağı modellemeyi analiz eder ve hedefin altında kalır (TDR)

Prototypingden sonra, ölçümlenen gürültü zemininin özellikleri, yerleştirme ile tekrarlanma ve geri dönüş yolları boşlukları ile performans ölçülmesini ölçül.

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

  • [FONT:0] Bir uçakta bir yuva üzerinde bir yuva üzerinden çıkmak : Bu güçler hem gerilimin hem de EMI'yi artıran büyük bir döngüyü geri döndürür.Her zaman sinyal katmanı altında sürekli bir uçak sağlar.
  • [FONT:0) Güç tedarik gürültüyü görmezden gelir ([Dönetici: Gürültülü bir güç rayları sürücü tedarik pimleri aracılığıyla sinyal yollarına işaret eder.
  • [FONT:0]Tek bir iz üzerinde çok fazla sayıda bağlantı kurmak[[[Dönder: Her bir alıntıyı en düşük seviyeye kadar tutmak ve bu tabaka değişikliklerinin zemine eşlik etmesini sağlamak.
  • [FONT:0)Döneticilerin kurallarına bağlı olarak [Döntgen: 1 ): “Köpücük izlerini kısa tutsa da, iz genişliğini ve spacing tespit etmek için simülasyonlar ve üretici tarafından yapılan.
  • [FONT:0]Köpeksel etkilerden yoksundur [Dönemli sinyal yolları (örneğin, güç yükselteçleri) ısıyın, bakır dirençlerini değiştirir ve IR damla hesaplarınızda sıcaklık artışı için hesaplayın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek hızlı sinyal yollarını en aza indirmek ve gürültüyü azaltmak, fiziksel düzeni disiplini, malzeme bilimi ve geçerliliği birleştiren sistematik bir süreçtir.Süretimli bir zemin uçağını kontrol ederek, sağlam bir zemin uçağı kullanarak ve hedefsiz bir şekilde tamamlanabilir ve sona erebilir, mühendisler çoğu talep edilen dijital ve karışık imza sistemleriyle bile güvenilir sinyal bütünlüğüne ulaşabilir. PCB üreticisi ile bu simülasyon ve yakın işbirliğine izin verebilirler - iyi bir tasarıma dönüştürmek için önemlidir.