Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Analysieren und steuern Sie Übersprechen im Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign
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Analysieren und steuern Sie Übersprechen im Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign

2022-03-03
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Author:pcb

Dieser Artikel stellt Methoden zur Unterdrückung und Verbesserung des Signals vor, sowie Designstrategien für Leiterplatte Layouttechnik. Mit der umfassenden Verbesserung der Komplexität und Integration des Systemdesigns, Elektronische Systemdesigner beschäftigen sich mit Schaltungsdesign über 100MHZ, und die Betriebsfrequenz des Busses hat 50MHZ erreicht oder überschritten, und einige sogar 100MHZ überschritten. Zur Zeit, ca. 50% des Designs Die Taktfrequenz übersteigt 50MHz, und fast 20% der Designs haben eine Hauptfrequenz von mehr als 120MHz. Wenn das System mit 50MHz arbeitet, Übertragungsleitungseffekte und Signalintegritätsprobleme treten auf; wenn die Systemuhr 120MHz erreicht, es sei denn, Kenntnisse über das Design von Hochgeschwindigkeitsschaltungen werden verwendet, sonst Leiterplattes, die auf traditionellen Methoden basieren, funktionieren nicht. Daher, High-Speed-Schaltungsdesign-Technologie ist zu einer Designmethode geworden, die elektronische Systemdesigner nehmen müssen. Die Steuerbarkeit des Entwurfsprozesses kann nur durch die Verwendung der Entwurfstechniken von Hochgeschwindigkeits-Schaltungsdesignern erreicht werden.

Leiterplatte

Zur Zeit, Die immer anspruchsvollere Halbleitertechnologie macht die Transistorgröße immer kleiner, So wird die Signalübergangskante des Geräts immer schneller, was zu den immer ernsteren Problemen der Signalintegrität und der elektromagnetischen Verträglichkeit im Bereich des Designs von Hochgeschwindigkeits-digitalen Schaltungssystemen führt. . Signalintegritätsprobleme umfassen hauptsächlich Übertragungsleitungseffekte, wie Reflexion, Zeitverzögerung, Klingeln, Signalüberschreitung und -unterschreitung, und Übersprechen zwischen Signalen. Signal Übersprechen ist komplex, mit vielen Faktoren, komplexe Berechnungen und schwer zu kontrollieren. Daher, Das heutige elektronische Produktdesign braucht dringend neue Ideen, Prozesse, Methoden und Technologien, die sich von traditionellen Designumgebungen unterscheiden, Entwurfsprozesse und Entwurfsmethoden. EDA-Technologie ist, den Computer als Werkzeug zu verwenden. Der Designer verwendet die Hardwarebeschreibungssprache VHDL, um die Designdatei auf der EDA-Softwareplattform zu vervollständigen, und dann schließt der Computer automatisch die Logikkompilierung ab, Vereinfachung, Segmentierung, Synthese, Optimierung, Layout, Verdrahtung und Simulation, bis zur angepassten Kompilierung, Logic Mapping und Programmierung für einen bestimmten Zielchip. Das Aufkommen der EDA-Technologie hat die Effizienz und Bedienbarkeit des Schaltungsdesigns erheblich verbessert und die Arbeitsintensität der Designer reduziert. Verwendung von EDA-Tools, Elektroniker können elektronische Systeme aus Konzepten entwerfen, Algorithmen, Protokolle, etc., und eine große Menge an Arbeit kann durch Computer erledigt werden, und der gesamte Prozess der elektronischen Produkte vom Schaltungsdesign, Leistungsanalyse zum IC-Layout oder PCB-Layout kann entworfen werden. wird automatisch auf dem Computer verarbeitet. Das Konzept oder die Kategorie der EDA ist mittlerweile weit verbreitet. Einschließlich in Maschinen, Elektronik, Kommunikation, Luft- und Raumfahrt, chemische Industrie, Mineralien, Biologie, Medizin, Militär und andere Bereiche, es gibt Anwendungen von EDA. Zur Zeit, EDA-Technologie ist in großen Unternehmen weit verbreitet, Unternehmen und Institutionen, und wissenschaftliche Forschungs- und Lehrabteilungen. Zum Beispiel, im Flugzeugherstellungsprozess, aus Design, Leistungsprüfung und Kennlinienanalyse bis hin zur Flugsimulation, EDA-Technologie kann beteiligt sein.

Crosstalk Solutions
Crosstalk: It is the coupling between two signal lines, Die gegenseitige Induktivität und die gegenseitige Kapazität zwischen den Signalleitungen, die das Rauschen auf der Leitung verursachen. Kapazitive Kopplung induziert Kopplungsstrom, während induktive Kupplung Kupplungsspannung induziert. Die Parameter der Leiterplattenschicht, der Abstand zwischen den Signalleitungen, die elektrischen Eigenschaften des Antriebsenden und des Empfangsenden, und die Drahtabschlussmethode haben alle einen bestimmten Einfluss auf das Übersprechen. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie, der Preis für Computer wird immer niedriger, die Leistung wird immer besser, Die Übertragungsgeschwindigkeit des lokalen Netzes wird immer schneller, und das Übertragungsmedium des lokalen Netzwerks hat sich auch vom Koaxialkabel zu Twisted Pair und Glasfaser verschoben. Das Original CAT1, CAT3, CAT5 haben sich zum aktuellen CAT5E entwickelt, CAT6, CAT6A, CAT7. Obwohl die Leistung von Twisted Pair kontinuierlich verbessert wurde, Es gibt einen Parameter, der von verdrehten Paaren wie einem Geist begleitet wurde, und es wird von Twisted Pair begleitet. Entwicklung, dieser Parameter wird immer wichtiger. Unerwünschte Rauschspannungssignale durch gegenseitige Kopplung elektromagnetischer Felder zwischen Signalen werden Signalübersprache genannt. Wenn das Übersprechen einen bestimmten Wert überschreitet, Der Stromkreis kann defekt sein und das System wird nicht richtig funktionieren. Solving the problem of crosstalk can be considered from the following aspects:
1) Reduce the conversion rate of the signal edge if possible. Normalerweise, bei der Auswahl des Gerätes, Versuchen Sie, ein langsames Gerät auszuwählen, während Sie die Designspezifikationen erfüllen, und vermeiden Sie das Mischen verschiedener Arten von Signalen, Denn das schnell wechselnde Signalpaar Langsam wechselnde Signale haben eine mögliche Übersprechergefahr.
2) Adopt shielding measures: It is an effective way to solve the problem of crosstalk to provide grounding for high-speed signals. Allerdings, Verkleidung führt zu einer Erhöhung der Menge der Verkabelung, Dadurch wird der sonst begrenzte Verdrahtungsbereich überfüllt. Darüber hinaus, um den erwarteten Zweck der Erdungsdrahtschirmung zu erreichen, Der Abstand zwischen den Erdungspunkten auf dem Erdungskabel ist sehr kritisch, Im Allgemeinen weniger als doppelt so lang wie die Signaländerung. Zur gleichen Zeit, Der Massekabel erhöht auch die verteilte Kapazität des Signals, die Impedanz der Übertragungsleitung erhöht und die Signalkante verlangsamt.
3) Reasonable setting of layers and wiring: reasonable setting of wiring layers and wiring spacing, Verringerung der Länge paralleler Signale, Verkürzung des Abstandes zwischen Signalschicht und Ebenenschicht, Erhöhung des Abstandes der Signalleitungen, and reducing the length of parallel signal lines (within the key length range) , Diese Maßnahmen können das Übersprechen effektiv reduzieren.
4) Setting different wiring layers: Setting different wiring layers for signals of different rates and setting the plane layer reasonably is also a good way to solve crosstalk.
5) Impedance matching: If the near-end or far-end terminal impedance of the transmission line matches the impedance of the transmission line, die Größe des Übersprechens kann auch stark reduziert werden. Der Zweck der Übersprechenanalyse ist es, schnell zu finden, Lokalisierung und Lösung von Übersprecheungsproblemen bei der PCB-Implementierung. Im Allgemeinen Simulationswerkzeuge und -umgebungen, Die Simulationsanalyse und die PCB-Layoutumgebung sind unabhängig voneinander. Nachdem die Verkabelung abgeschlossen ist, Die Übersprechenanalyse wird durchgeführt, um die Übersprechenanalyse zu erhalten, und neue Verdrahtungsregeln werden abgeleitet und neu verdrahtet, und dann analysiert und überarbeitet. Aus der Simulationsanalyse ist ersichtlich, dass die tatsächlichen Übersprechergebnisse nicht identisch sind., und die Lücke ist sehr groß. Daher, Ein gutes Tool sollte nicht nur Übersprechen analysieren können, aber auch in der Lage sein, Übersprecherregeln für Routing anzuwenden. Darüber hinaus, Allgemeine Routing-Tools werden nur durch physikalische Regeln gesteuert, und das Routing zur Steuerung von Übersprechen kann nur durch physikalische Regeln wie Festlegen der Zeilenbreite und des Zeilenabstands eingeschränkt werden, und die Länge der parallelen Linien. Mit Hilfe des Signalintegritätsanalyse- und Designwerkzeugs kann ICX echtes regelgesteuertes Routing unterstützen. Simulationsanalyse und Routing werden in einer Umgebung durchgeführt. Elektrische Regeln und physikalische Regeln können während der Simulation festgelegt werden, und automatische Berechnung wird während des Routings durchgeführt. Signalintegritätsfaktoren wie Überschuss und Übersprechen werden entsprechend der berechneten Ergebnisse automatisch korrigiert. Diese Verkabelung ist schnell und erfüllt wirklich die tatsächlichen elektrischen Leistungsanforderungen.

Signal Integrity Design for Crosstalk Control
Hochgeschwindigkeit Leiterplatte Entwurfsregeln werden normalerweise in zwei Arten unterteilt: physikalische Regeln und elektrische Regeln. Die sogenannten physikalischen Regeln beziehen sich auf bestimmte Konstruktionsregeln, die vom Konstrukteur anhand physikalischer Abmessungen festgelegt werden., wie die Linienbreite 4Mil ist, der Abstand zwischen den Zeilen ist 4Mil, und die Länge der parallelen Spuren ist 4Mil. Die elektrischen Regeln beziehen sich auf die Konstruktionsregeln für elektrische Eigenschaften oder elektrische Leistung, wie die Verdrahtungsverzögerung zwischen 1ns und 2ns gesteuert wird, die Gesamtmenge des Übersprechens auf einem bestimmten Leiterplatte Linie kleiner als 70mV, und so weiter. Sobald die physikalischen und elektrischen Regeln klar definiert sind, Hochgeschwindigkeitsrouter können weiter erforscht werden. Zur Zeit, the high-speed routers based on physical rules (physical rule-driven) on the market include AutoActive RE router, CCT-Router, BlazeRouter Router und Router Editor Router. In der Tat, Diese Router sind alle automatischen Router, die durch physikalische Regeln gesteuert werden. Das ist, Diese Router können nur automatisch die vom Konstrukteur vorgegebenen physikalischen Größenanforderungen erfüllen, und kann nicht direkt durch elektrische Hochgeschwindigkeitsregeln angetrieben werden. Hochgeschwindigkeitsrouter, die direkt durch elektrische Regeln angetrieben werden, sind sehr wichtig, um die Signalintegrität in Hochgeschwindigkeitsdesigns zu gewährleisten. Konstrukteure haben immer elektrische Regeln und Konstruktionsspezifikationen sind auch elektrische Regeln. Mit anderen Worten, Unsere Entwürfe müssen elektrischen Regeln und nicht physikalischen Regeln entsprechen. Es ist unerlässlich, dass die endgültige Umsetzung des physikalischen Entwurfs den elektrischen Anforderungen des Entwurfs entspricht.. Physikalische Regeln sind nur eine Umwandlung elektrischer Regeln durch Komponentenhersteller oder Konstrukteure selbst. Wir erwarten immer, dass diese Umwandlung gleichwertig und eins-zu-eins ist.. In Wirklichkeit ist dies nicht der Fall. Taking the use of LVDS chips to complete high-speed (up to 777.76Mbps) and long-distance (up to 100M) data transmission as an example, da der Signalschwung der LVDS-Technologie 350mV ist, Die üblichen Konstruktionsspezifikationen erfordern immer, dass die Gesamtleitung auf der Signalleitung, das ist, die Gesamtmenge des Übersprechens ist 350mVé, Das ist die elektrische Regel, und der 20% Prozentsatz hängt von der LVDS Rauschtoleranz ab, die dem Referenzhandbuch entnommen werden können . Für IS_Synthesizer, Solange der Konstrukteur den Übersprechenwert auf der LVDS-Signalleitung angibt, Die Verkabelung kann automatisch angepasst und verfeinert werden, um sicherzustellen, dass die elektrischen Leistungsanforderungen erfüllt werden, und alle umliegenden Signalleitungen werden während des Verdrahtungsprozesses automatisch berücksichtigt. Effekte von LVDS-Signalen. Für Router, die von physikalischen Regeln gesteuert werden, Einige hypothetische Analysen und Überlegungen sind zuerst erforderlich. Konstrukteure denken immer, dass das Übersprechen zwischen Signalen nur von der Länge der parallelen Linien zwischen parallelen Signalen abhängt, so kann es in Hochgeschwindigkeitsstrecken verwendet werden. Führen Sie eine hypothetische Analyse in der Front-End-Umgebung des Designs durch. Zum Beispiel, Sie können davon ausgehen, dass die Länge der Parallelverdrahtung 2 beträgt.5 Mio, und dann das Übersprechen zwischen ihnen analysieren. Dieser Wert darf nicht 70mV betragen, Sie können aber die Parallelverdrahtung entsprechend den gewonnenen Schlussfolgerungen weiter anpassen. Wenn der Übersprechenwert zwischen den Signalen grundsätzlich 70mV beträgt, wenn die Länge der Parallellinie ein bestimmter Wert wie 7mil ist, then the design engineer thinks that as long as the length of the parallel line of the differential line is controlled within the range of 7mil Such electrical characteristics requirements can be met within the range (signal crosstalk value is controlled within 70mV), so erhält der Konstrukteur eine solche physikalische Regel für Hochgeschwindigkeit Leiterplatte Entwurf während der eigentlichen physikalischen Leiterplatte Layout und Verkabelung. Konventionelle Hochgeschwindigkeitsrouter sind alle diese physikalischen Größenanforderungen können garantiert werden. Hier gibt es zwei Probleme: Erstens, die regelmäßigen Umrechnungen sind nicht gleichwertig. Erstens, Das Übersprechen zwischen den Signalen wird nicht durch die Länge der Leiterbahnen zwischen den parallelen Signalen bestimmt, hängt aber auch von der Strömungsrichtung der Signale ab, Position der parallelen Liniensegmente, Es gibt verschiedene Faktoren wie das Vorhandensein oder Fehlen von Matching, die vor der eigentlichen physischen Implementierung schwer vorherzusagen oder gar vollständig zu berücksichtigen sein können. Daher, nach einer solchen Umwandlung, Es kann nicht sichergestellt werden, dass die ursprünglichen elektrischen Regeln gleichzeitig eingehalten werden können, wenn diese physikalischen Regeln eingehalten werden. Dies ist auch ein sehr wichtiger Grund, warum die oben genannten Hochgeschwindigkeitsrouter immer noch nicht normal funktionieren können, wenn die oben genannten Hochgeschwindigkeitsrouter den Regeln entsprechen. Zweitens, Es ist fast unmöglich, mehrere Einflüsse gleichzeitig zu berücksichtigen, wenn diese Regeln konvertiert werden. Zum Beispiel, bei der Betrachtung von Signalübersprachen, Es ist schwierig, den Einfluss aller umliegenden Signalleitungen gleichzeitig zu berücksichtigen. Diese beiden Situationen bestimmen, dass der Hochgeschwindigkeits-Router, der auf physikalischen Regeln basiert, große Probleme beim Design von Hochgeschwindigkeits- und High-Komplexität haben wird. Leiterplatte Systeme, und die Hochgeschwindigkeit Leiterplatte Router basierend auf elektrischen Regeln ist besser. Dieses Problem wurde gelöst. High-speed LeiterplatteDesign auf Systemebene und Systemebene ist ein komplexer Prozess. Probleme mit der Signalintegrität einschließlich Signalübersprache bringen Änderungen in Designkonzepten mit sich, Designideen, Entwurfsprozesse und Entwurfsmethoden. Sicherstellen, dass Probleme schnell erkannt werden, gelöst, und geführt in neuen Designs, um Probleme im Hochgeschwindigkeitssystem zu vermeiden, ist Mainstream in Hochgeschwindigkeitssystem geworden Leiterplatte Design heute.