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Blog de PCB - Razones y métodos para la integridad de la señal en el diseño de PCB de alta velocidad

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Razones y métodos para la integridad de la señal en el diseño de PCB de alta velocidad

2022-08-23
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Author:pcb
p>Con el deSarrollo de la tecnología de Semiconductores y la tecnología de micrones de presión profunda, Aumento de la velocidad de conmutación de los circuitos integrados de decenas a cientos de MHz, Incluso unos pocos GHz. En el diseño de alta velocidad PCB Board, Los ingenieros a menudo tienen problemas con la integridad de la señal, como la activación de errores, Oscilación amortiguada, Más allá, Flush Down, Crosstalk. Este artículo discutirá las razones de su formación, Cómo se calculan, Cómo resolver estos problemas con el método de simulación Ibis en Allegro.

1.. Definition of Signal Integrity
Signal Integrity (SI) refers to the signal quality on the signal line. La mala integridad de la señal no es causada por un solo factor, Pero en el diseño a nivel de Junta, la combinación de estos factores. Las causas de los daños a la integridad de la señal incluyen la reflexión, Así que...nando, Rebote en tierra, Crosstalk, Hay más. Con el aumento de la frecuencia de trabajo de la señal, El problema de la integridad de la señal se ha convertido en el centro del desarrollo de alta velocidad PCB Board Ingeniero.

2.. Reflection
2.1 Formation and calculation of reflections
Impedance discontinuities on the transmission line can cause signal reflections, Cuando la Impedancia de la fuente y la Impedancia de la carga no coinciden, La carga refleja parte del voltaje de nuevo a la fuente de alimentación. La transmisión diferencial de la señal resuelve muchos problemas. Qué es una señal diferencial? En palabras de un laico, El conductor envía dos señales de fase igual y opuesta, El receptor determina el Estado lógico "0" o "1" comparando la diferencia entre dos tensiones.. Un par de cables que transmiten señales diferenciales se llama cables diferenciales.. Cómo calcular la Impedancia de la línea diferencial? Diferentes impedancias de diferentes señales diferenciales, such as the D+ D- of USB, Impedancia de línea diferencial de 90 ohmios, El diferencial de 1394 es de 110 ohmios, Primero vea la especificación o información relacionada. Hay muchas herramientas para calcular la Impedancia, Por ejemplo, si 9000 de polar. Los factores que influyen en la impedancia diferencial incluyen el ancho de línea, Espaciamiento diferencial, Constante dieléctrica, and thickness of the medium (the thickness of the medium between the differential line Y reference surface). Normalmente, Diferencia ajustada. Espaciamiento y anchura de la línea para controlar la impedancia diferencial. Cuando se hace una placa de circuito, También es necesario explicar al fabricante qué líneas requieren Impedancia de control. Una señal diferencial es un valor numérico que representa la diferencia entre dos cantidades físicas. Estrictamente hablando, Todas las señales de tensión son diferenciales, Porque un voltaje sólo puede ser relativo a otro. En algunos sistemas, El "suelo" del sistema se utiliza como punto de referencia de tensión. Cuando la "puesta a tierra" se utiliza como referencia para la medición de la tensión, Este esquema de señal se llama un solo extremo. Utilizamos este término porque la señal está representada por un voltaje en un solo conductor.

Una ventaja de las señales diferenciales es que las señales pequeñas se pueden identificar fácilmente porque usted está controlando el voltaje de referencia. En un sistema de referencia terrestre, Esquema de señal de un solo extremo, El valor de la señal medida depende de la consistencia de la "puesta a tierra" en el sistema. Distancia entre la fuente de la señal y el receptor de la señal, Cuanto mayor sea la probabilidad de que existan diferencias entre sus valores locales de tensión de puesta a tierra. El valor de la señal recuperada de la señal diferencial es en gran medida independiente del valor de "tierra", Pero dentro de ciertos límites. A second benefit of differential signaling is that it is highly immune to external electromagnetic interference (EMI). El agresor afecta casi igual a cada extremo del par de señales diferenciales. Porque la diferencia de tensión lógica de la almohadilla en la almohadilla determina el valor de la señal, Cualquier interferencia idéntica en ambos cables será ignorada. Además de ser insensible a las perturbaciones, La señal diferencial genera menos EMI que la señal de un solo extremo. La tercera ventaja de la señal diferencial es la posición de tiempo. Debido a que el cambio de conmutación de la señal diferencial se encuentra en la intersección de dos señales, A diferencia de las señales comunes de un solo extremo que dependen de tensiones umbral altas y bajas, Se ven menos afectados por el proceso y la temperatura.. Puede reducir el error de tiempo y es más adecuado para circuitos de baja amplitud.. The currently popular LVDS (low voltage differential signaling) refers to this small-amplitude differential signaling technology. El diferencial no puede tener en cuenta la conversación cruzada, Porque sus resultados de crosstalk serán cancelados en el momento de la recepción. Además, La diferencia debe ser equilibrada, El paralelismo es sólo una parte del equilibrio. Creo que el acoplamiento del par diferencial todavía es necesario, Para emparejar una sola línea, Aunque teóricamente muy maduro, but the actual PCB circuit still has an error of about 5% (a material, I have not done it myself). Por otra parte, La línea diferencial puede considerarse un sistema de bucle automático, O las señales en sus dos líneas de señal están correlacionadas. Si el acoplamiento está demasiado suelto, Puede causar perturbaciones distintas de las de otros lugares.. Para algunos circuitos de interfaz:, La longitud igual del par diferencial de entrenamiento Allegro es un factor importante para el retraso de la línea de control. So, Creo que las líneas diferenciales deben estar estrechamente acopladas.. Para la mayoría de las velocidades actuales PCB Boards, Es útil mantener un buen acoplamiento, Pero espero que no creas erróneamente que el acoplamiento es una condición necesaria para un par diferencial, Esto a veces limita las ideas de diseño. En el diseño o análisis de alta velocidad, No sólo necesita saber cómo la mayoría de la gente lo hace, ¿Pero por qué otros lo hacen?, Luego, sobre la base de la experiencia de otros, entender y mejorar, Ejercitar continuamente su capacidad de pensamiento creativo. Se requiere coincidencia, Pero la razón de la coincidencia no es el reflejo, Sin embargo, para reducir el grado de interferencia del devanado cruzado. Si la reducción está relacionada con el método de emparejamiento, Si se utiliza resistencia en serie, No tiene ningún efecto., Sin embargo, si se utiliza el método de emparejamiento de terminales de conexión a tierra o potencia, La Impedancia de línea de los dos cables se reduce debido al devanado cruzado...

PCB Diseño Engineer, El problema es cómo garantizar que estas ventajas del enrutamiento diferencial se utilicen plenamente en el enrutamiento real.. Tal vez cualquiera que haya tocado el diseño entienda los requisitos generales de las líneas de distribución de diferencias, and the PCB Board El diseño es "isométrico"., "Equidistante". La longitud igual se utiliza para asegurar que las dos señales diferenciales mantengan siempre la polaridad opuesta y reduzcan el componente de modo común. La equidistancia se utiliza principalmente para asegurar la consistencia de la impedancia diferencial y reducir la reflexión.. El principio de la mayor proximidad posible es a veces uno de los requisitos del enrutamiento diferencial. Los rastros diferenciales también pueden funcionar en diferentes capas de señal, Pero a menudo no se recomienda este enfoque, Debido a la diferencia de impedancia y a través del agujero entre las diferentes capas, el efecto de la transmisión del modo diferencial será destruido, y el ruido del modo común será introducido.. Además, Si dos capas adyacentes no están estrechamente acopladas, Esto reducirá la capacidad anti - ruido de la trayectoria diferencial, Sin embargo, si se puede mantener una distancia adecuada de la traza circundante, Crosstalk no es un problem a. At general frequencies (below GHz), El IME no será un problem a serio. Los resultados experimentales muestran que la atenuación de la energía radiante alcanza los 60 dB a 500 millas de la trayectoria diferencial de 3 metros., Esto es suficiente para cumplir los estándares de radiación electromagnética de la FCC, Por lo tanto, el diseñador no tiene que preocuparse demasiado por la incompatibilidad electromagnética causada por el acoplamiento insuficiente de la línea diferencial.. Pero todas estas reglas no son retórica., Muchos ingenieros parecen no entender la naturaleza de las señales diferenciales de alta velocidad. A continuación se examinan algunos malentendidos comunes en el diseño de señales diferenciales de PCB.. Se cree que la trayectoria diferencial debe estar muy cerca. Mantener la trayectoria diferencial cerca sólo para mejorar su acoplamiento, Esto no sólo puede mejorar la inmunidad al ruido, Además, la polaridad opuesta del campo magnético se utiliza plenamente para contrarrestar la interferencia electromagnética en el mundo exterior.. Aunque este enfoque es muy útil en la mayoría de los casos, No es así.. Si podemos asegurarnos de que estén completamente protegidos contra interferencias externas, Entonces, no necesitamos un fuerte acoplamiento entre nosotros para lograr anti - interferencia y anti - interferencia. Objetivo de la supresión del IME. Cómo podemos garantizar un buen aislamiento y blindaje de la traza diferencial? Uno de los métodos básicos es aumentar el espacio entre trazas y otras señales.. La energía del campo electromagnético disminuye con el cuadrado de la distancia. Normalmente, Espaciamiento de líneas más de cuatro veces el ancho de línea. , La interferencia entre ellos es muy débil y básicamente insignificante. Además, El aislamiento del plano de puesta a tierra también puede desempeñar un buen papel de blindaje.. This structure is often used in the design of high-frequency (above 10G) IC package PCB Boards. Se llama estructura cpw, which can ensure strict differential Impedance Control (2Z0). Se considera que la señal diferencial no necesita un plano de tierra como ruta de retorno., O que las trayectorias diferenciales se proporcionan mutuamente trayectorias de retorno. Este malentendido es causado por fenómenos superficiales, O la comprensión del mecanismo de transmisión de señales de alta velocidad no es lo suficientemente profunda. Los circuitos diferenciales son insensibles a rebotes similares y otras señales de ruido que pueden existir en la fuente de alimentación y en el plano de puesta a tierra. La cancelación parcial del eco del plano del suelo no significa que el circuito diferencial no utilice el plano de referencia como la trayectoria del eco de la señal. De hecho,, En el análisis de retorno de la señal, El mecanismo de enrutamiento diferencial es el mismo que el enrutamiento común de un solo extremo, Eso es, La señal de alta frecuencia siempre regresa a lo largo del bucle del inductor, La diferencia es que, además del acoplamiento a tierra, Las líneas diferenciales también tienen acoplamiento mutuo. Cualquiera que sea el acoplamiento fuerte, Esta se convierte en la ruta principal de retorno. Arriba PCB Board Diseño de circuitos, El acoplamiento entre trayectorias diferenciales es generalmente pequeño, Normalmente sólo representa entre el 10% y el 20% del grado de acoplamiento, Más importante aún, el acoplamiento con el suelo, Por lo tanto, la trayectoria principal de retorno de la trayectoria diferencial todavía existe en el plano de la tierra.. Discontinuidad del plano local, En una región sin plano de referencia, El acoplamiento entre trayectorias diferenciales proporcionará el circuito principal, Aunque la discontinuidad del plano de referencia no afecta a la trayectoria diferencial. Esto es serio., Pero todavía reduce la calidad de la señal diferencial y aumenta el IME, Esto debe evitarse en la medida de lo posible. Algunos diseñadores también creen que el plano de referencia bajo el rastro diferencial puede ser eliminado para suprimir algunas señales de modo común en la transmisión diferencial, Pero este enfoque no es teóricamente deseable. Cómo controlar la Impedancia? No proporcionar señal de modo común. El circuito de impedancia de puesta a tierra debe causar radiación EMI, Hacer más daño que bien. ¿Es más importante mantener el espaciamiento igual que la longitud de la fila coincidente?. En realidad PCB Board layout, Los requisitos de diseño diferencial generalmente no pueden cumplirse simultáneamente. Debido a factores como la distribución del Pin, A través del agujero, Espacio de enrutamiento, El objetivo de emparejar la longitud de la línea debe lograrse mediante un cableado adecuado, Pero el resultado debe ser que algunas regiones del par diferencial no pueden ser paralelas. PCB Board Líneas de distribución de diferencias: la regla más importante en el diseño es emparejar la longitud de la línea, Otras normas pueden aplicarse de manera flexible de acuerdo con los requisitos de diseño y la aplicación práctica..