У швидкісному цифровому схемі проектування, збереження цілісності сигналу є параmount для досягнення надійної передачі даних. Серед найбільш завазних і руйнівних питань є сигналізація — частковий відмова сигналу, коли він зіткнувся з порушеннями тиску по сліду друкованої плати. Лівий очищений, відбиття викликає кільце, переробка, усунення несправностей, і збільшення електромагнітних перешкод (EMI), в кінцевому рахунку, що призводить до помилок і системних збої. Як годинникові частоти піднімаються і рівні швидкості заточуються, навіть міліметричні невідповідності можуть деградувати продуктивність. Ця стаття описує фізику відбиття і представляє перевірені, практичні методи для мінімізації їх по всьому процесу проектування PCB.

Розуміння сигналів

Треба сліду PCB1 поводитися як лінія передачі, коли час піднімання сигналу коротше, ніж затримка пропагації вздовж сліду (типово коли довжина сліду перевищує один-тий від електричної довжини сигналу). У таких випадках напруга сигналу і струм пропагують як електромагнітна хвиля, направляють слідом і її шлях повернення. Помітний опір, що бачив цю хвилю, є характерним імпедансом сліду (Z0), визначеним геометрією та матеріальними властивостями. Відображення відбуваються, коли хвиля з'являється безперечною – зміна Z0 — при з'єднаннях, по коефіцієнтах, поданих коефіцієнтами, або навантаженням.

Відображення викликає конструктивні та деструктивні втручання по лінії, що виробляють спотворені сигнальні хвилі, які можуть порушити часові бюджети та логічні пороги. Загальні джерела невідповідностей включають зміни ширини слідів, переході шарів (віях), гострі вигини, стуби та неадекватне припинення. Розуміння цих причин є першим кроком до систематичного пом'якшення.

Ключові методи мінімізації сигналів

1. Імпеданс матчу через керований дизайн

Най фундаментальною технікою є проектування кожної лінії передачі, так що його характерна домішка відповідає вихідному домішку (типово вихідний опір водія) і навантаженням. Контролюється конструкція опіру вимагає ретельного підбору ширини сліду, товщини міді, діелектричної висоти, а також матеріальної діелектричної константи (Dk). Для однокінцевих слідів, загальні цілі імпульси є 50 Ом (RF і загальний швидкісний), 55 Ом або 75 Ом, залежно від стандарту. Диференціальні пари зазвичай ціль 90 Ом або 100 Ом диференціальна імпеданс.

Використовуйте полі-розчинник або нарахування калькулятора (наприклад, ті, у Altium Designer, Cadence Allegro, або Polar SI9000) для обліку на шари друкованих плат та толерантності. Вкажіть контроль над навантаженням на креслення та вимагають тестування купонів від дошки будинку. Зверніть увагу на грубість міді та вплив маски паяльної маски, які можуть знизити Z0 на 1–3 Ом. Для швидкісних конструкцій, не слідувати за допомогою декількох наземних площин, відокремлених дистанцією; забезпечити безперервний твердий ланцюжок безпосередньо прилягає до сліду.

Зовнішні посилання: Texas Instruments: Відображення ліній передачі і Altium: controlled Impedance PCB Design.

2. Стратегія проперування

Припинення резисторів поглинає енергію сигналу, яка інакше буде відображатися на навантаження або джерела. Вибір топології залежить від типу сигналу, відключення потужності і термінів виконання.

  • => Місце резистора (R s) у джерело, між водієм та слідом, з значенням, що дорівнює Z0 − R driver (відведення водія). Це відповідає джерела до лінії, запобігаючи першому рефлексії. Навантаження все ще бачить повний сигнал після затримки круглого стропа. Підходить для точки-на точці, низьких ліній. Загальні значення: 22–33 Ом в серії з 50 Ом.
  • Parallel (pull-up/pull-down) припинення: Помістіть резистор на навантаження на землю або V tt (теплення напруги). Значення рівні Z0. Простий, але споживає потужність DC. Часто використовується для однокласних автобусів, таких як DDR лінії даних.
  • Thevenin припинення: Два резистори (R1 до V tt, R2 до землі), які представляють паралельний опір, що дорівнює Z0 при встановленні напруги зносу. Зазвичай видно в інтерфейсах LVCMOS і SSTL.
  • Попередня конденсаторна система (] ] конденсатор серії з паралельним резистором на навантаження, що проходить DC при тривалих високих частотах. Корисно для зменшення споживання постійного струму.

Виберіть розірвання на етапі проектування і перевірити з імітацією IBIS. Для двонаправлених автобусів врахуйте динамічне припинення (наприклад, ODT в пам'яті DDR).

Максим Інтегрований: Технології тенмінування для високоспечених цифрових сигналів.

3. Керований маршрут

Фізична верстка безпосередньо впливає на консистенцію про несудимість. Дотримуйтесь цих інструкцій:

  • Продовження зворотного зв'язку: Тримайте простеження по всій довжині. Будь-які зміни — навіть з через або тестовий колодка — створює відображення. Якщо регулювання ширини нездійсненна, використовуйте поступові тапаси (довжина > 3 × зміна ширини) для плавних переходів на опір.
  • Minimize stubs: Стуб є коротким зривом основного сліду, він виступає як резонансне припинення. Маршрут критичні сигнали без трубок, або тримати довжини стуб під 1/10 від сигналу піднімається час електричної довжини. Для топологій T-branch (наприклад, цілодобовий розподіл), використовуйте обережну компенсацію відступу або активні глушники.
  • Оптимізуйте вигини: Використовуйте 45° заглушені кути або кругові дуги замість 90° кутів. Правокутні вигини збільшують ємність і викликають миттєвий падіння опір; вони також створюють муфту. Для надзвичайно високих швидкостей (≥10 Gbps), використовують мітовані вигини для компенсування капацайтності.
  • Керування полями: Кожен через вводить капацит (пад- до-плану) і індуктивності (барель). Щоб мінімізувати відбиття, використовуйте менші анти-пади, зменшити через довжину (задня невикористані порції), а також розмістити землю через прилеглі сигнали для сигналу через, щоб забезпечити низький рівень повернення. Для диференціальних сигналів тримати через симетричну.
  • Повага послідовного розтягування для зворотних площин: Уникайте витоку по розщепленим або прорізаним наземним регіонам. Якщо перетин розщеплення нездійсненний, додайте стібки конденсаторів.

4. Диференціальне позначення

Диференціальні пари, властиві покращити цілісність сигналів, скасувавши поширені відбиття і шуму. Диференціальний опір визначається за допомогою стрибків і згортання між двома слідами. Для мінімізації відбиття в диференціальних парах:

  • Поставити постійний проміжок (s) і ширину (w) по всьому маршруту. Навіть невеликі варіації (наприклад, в роз'ємних колодках) деградує опір.
  • Тримайте подовже виконання в межах щільної толерантності (тип ≤5 ps skew) для уникнення спільної перетворення, яка створює незмінені відбиття.
  • Використовуйте контрольовані міжпорошення, щоб уникнути перехрещування, але забезпечити внутрішньопорочного замикання, що відповідає за контроль над порушенням.
  • Примітивний диференціально (одноразовий резистор R diff = Z diff між двома слідами) або використовувати розщеплення з третім резистором для загального використання, залежно від стандарту (наприклад, LVDS, HDMI, USB).
  • Уникайте 90° вигинів в диференціальних парах; використовуйте симетричні вигнуті вигини, щоб тримати обидві ніжки рівні довжини і зберегти опір.

Intel: Диференціальна походова шліфовка і шліфування.

5. Оптимізація та повернення змін до струму

Неперевершеність розбіжностей часто стебл від порушених шляхів повернення. На високих частотах сигналу повертають струми безпосередньо причіпають сигнальний слід на довідковій площині. Якщо на довідковому площині є проміжок, проріз або розщеплення, струм повинен розмаїти, збільшити частоту протоки і створення рефлексії. Забезпечити безперервний, низький опір повернути шлях за допомогою виділених площин (не розщеплюється під швидкісними слідами). Для проходів шару, місце зшивання землі через прилеглі сигнали, щоб підтримувати коротку петлю повернення. Використовуйте кілька полів паралельно, щоб зменшити пропускання.

Додатково, цілісність живлення впливає на цілісність сигналів. Надмірний шум з рейками може забратися в сигнальні лінії, викликаючи часовий джттер і рефлекторні артефакти. Розгорніть мережу розподілу потужності (PDN) з відповідними конденсаторами і площинами, щоб зберегти опір низьким через частотний діапазон інтересу.

Моделювання та перевірка

Навіть з строгими рекомендаціями дизайну, комплексні багатошарові друковані плати отримують перевагу від попереднього розміщення та післяположення моделювання. Використовуйте часові рефлекторію (ТДР) (або фактичні вимірювання ТДР на прототипах) для виявлення порушень імпедансу. Моделі IBIS для водіїв та ресиверів можна використовувати в інструментах SI (HyperLynx, HSPICE, ADS), щоб прогнозувати відображення хвильових форм і очних діаграм. Сейф на розірванні значень і параметрів стеблінгу перед подачею; витрати на ре-шпину набагато більше часу моделювання.

Основні етапи моделювання:

  • Витягувати слід С-параметри з макета за допомогою полі-розрядника 2D/3D.
  • Вставте ідеальний і реальний припинення для перевірки амплітуди і термінів дії.
  • Перевірити для трансталк-індукованих відбиття — шум, пов'язаний з сусідніми агресаторами, можуть з'явитися як відбиття енергії.
  • Виконувати Монте-Карло аналіз для обліку толерантності до виробництва в ширину слідів, діелектричної товщини та ін.

Висновок

Мінімізуючі відбиття сигналів в швидкісних цифрових друкованих платах вимагає цілісного підходу: керований дизайн імпедансу, правильне припинення, дисципліноване маршрутизація, диференціальне сигналування та безглузде управління шляхами повернення. Кожна техніка доповнює інші; нехтуючи одне часто викликає проблеми в іншому місці. За допомогою складання цих практик на ранніх етапах проектування — валідовані через моделювання — інженери можуть досягати чистого сигналу, міцних біт-похибних ставок, а надійну працездатність системи на швидкості гігабіту. Як рівень даних продовжує підніматися, майстерність управління відбиття залишається основною конкурентоспроможності для кожного швидкісного цифрового дизайнера.