L'actualité PCB - Questions et réponses d'experts sur la conception de PCB haute vitesse

1. Comment réaliser la ligne de distribution différentielle du signal d'horloge à grande vitesse? Comment résoudre les problèmes d'intégrité du signal dans la conception à haute vitesse? Comment la méthode de câblage différentiel est - elle mise en œuvre? Comment réaliser une ligne de distribution différentielle pour une ligne de signal d'horloge avec une seule borne de sortie?

Réponse de l'expert:

L'intégrité du signal est essentiellement une question d'adaptation d'impédance. Les facteurs qui influencent l'adaptation d'impédance comprennent la structure et l'impédance de sortie de la source de signal, l'impédance caractéristique de la trace, les caractéristiques du côté de la charge et la topologie de la trace. La solution est de s'appuyer sur la terminaison du câblage et d'ajuster la topologie.

Il y a deux points à noter dans la disposition des paires différentielles. L'un est que la longueur des deux fils doit être aussi longue que possible et l'autre est que la distance entre les deux fils (cette distance étant déterminée par l'impédance différentielle) doit rester constante, c'est - à - dire rester parallèle. Il y a deux façons parallèles, l'une où deux fils circulent côte à côte sur la même couche, l'autre où ces deux fils circulent sur deux couches adjacentes, supérieure et inférieure (supérieure et inférieure). En général, le premier a plus d'implémentations parallèles.

Pour utiliser une ligne de distribution différentielle, il est logique que la source et la réception du signal soient des signaux différentiels. Il n'est donc pas possible d'utiliser une ligne de distribution différentielle pour un signal d'horloge n'ayant qu'une seule borne de sortie.

2. À propos du câblage de signal différentiel à grande vitesse. Lorsque la paire de lignes différentielles à grande vitesse est câblée en parallèle sur la carte PCB, en cas d'adaptation d'impédance, en raison du couplage mutuel des deux lignes, de nombreux avantages seront apportés. Cependant, on pense que cela augmentera l'atténuation du signal et affectera la distance de transmission. C'est ça? Pourquoi? J'ai vu sur les tableaux d'évaluation de certaines grandes entreprises que certains câblages à grande vitesse sont aussi proches et parallèles que possible, et d'autres créent délibérément une distance entre deux fils. Je ne sais pas lequel est le meilleur. Mon signal est au - dessus de 1 GHz avec une impédance de 50 ohms.

Lorsque les calculs sont effectués avec un logiciel, les paires différentielles sont - elles également calculées avec 50 ohms? Ou en 100 ohms? Est - il possible d'ajouter une résistance d'adaptation entre les paires de lignes différentielles en réception? Merci

Réponse de l'expert:

L'une des causes de l'atténuation de l'énergie du signal haute fréquence est la perte de conducteur (perte de conducteur), y compris l'effet de la peau, et l'autre est la perte diélectrique de la substance diélectrique. Lorsque la théorie électromagnétique analyse l'effet de la ligne de transmission, l'ampleur de l'influence de ces deux facteurs sur l'atténuation du signal est visible. Le couplage des lignes différentielles affectera leur impédance caractéristique et deviendra plus petit. Selon le principe du diviseur de tension (diviseur de tension), cela réduira la tension que la source de signal envoie à la ligne. En ce qui concerne l'analyse théorique de l'atténuation du signal causée par le couplage, je ne l'ai pas lue, donc je ne peux pas commenter cela.

Le câblage de la paire différentielle doit être convenablement proche et parallèle. La proximité dite appropriée est due au fait que la distance affecte la valeur de l'impédance différentielle, qui est un paramètre important dans la conception d'une paire différentielle. Le parallélisme est également nécessaire pour maintenir la cohérence de l'impédance différentielle. Si les deux lignes sont soudainement proches et éloignées, l'impédance différentielle ne sera pas cohérente, ce qui affectera l'intégrité du signal et le retard temporel.

L'impédance différentielle est calculée à 2 (Z11 - z12), où Z11 est l'impédance caractéristique de la trace elle - même et z12 est l'impédance résultant du couplage entre les deux lignes différentielles, qui est lié à la distance de la ligne. Ainsi, lorsque l'impédance différentielle est conçue à 100 ohms, l'impédance caractéristique de la trace elle - même doit être légèrement supérieure à 50 ohms. Quant à sa taille, il peut être calculé avec un logiciel de simulation. La résistance d'adaptation entre les paires de lignes différentielles en réception est généralement Additive et sa valeur doit être égale à celle de l'impédance différentielle. La qualité du signal sera meilleure de cette façon.

3. Comment gérer certains conflits théoriques dans le câblage réel dans le câblage réel, de nombreuses théories sont en conflit les unes avec les autres; Par exemple

1. Gérer les connexions de plusieurs mises à la terre analogiques / numériques: en théorie, ils devraient être isolés les uns des autres, mais dans la miniaturisation réelle et le câblage haute densité, les traces de mise à la terre analogiques à petit signal peuvent être trop longues en raison de contraintes d'espace ou d'isolement absolu. Il est difficile de réaliser un lien théorique. Mon approche consiste à découper la terre des modules fonctionnels analogiques / numériques en une île complète sur laquelle les modules fonctionnels sont connectés analogiquement / numériquement. Les îles sont ensuite reliées au « grand » sol par des fossés. Je me demande si cette méthode est correcte?

2. En théorie, la connexion entre l'oscillateur à cristal et le CPU devrait être aussi courte que possible. En raison de la disposition structurelle, la connexion entre l'oscillateur à cristal et le CPU est relativement allongée et donc perturbée et fonctionne de manière instable. Comment résoudre ce problème à partir du câblage? Il y a beaucoup plus de problèmes comme celui - ci, en particulier les problèmes EMC et EMI à considérer dans le câblage PCB à haute vitesse. Il y a beaucoup de conflits entre eux et c'est un casse - tête. Comment résoudre ces conflits? Merci!

Réponse de l'expert:

A fondamentalement, la mise à la terre analogique / numérique divisée et isolée est correcte. Il est important de noter que les traces de signal doivent autant que possible ne pas traverser les endroits divisés (douves) et que les chemins de retour de l'alimentation et du signal ne doivent pas être surdimensionnés.

L'oscillateur à cristal B est un circuit oscillant analogique à rétroaction positive. Pour avoir un signal oscillant stable, il doit répondre aux spécifications de gain et de phase de la boucle. Les spécifications d'oscillation de ce signal analogique sont facilement perturbées. Même si des traces de protection de la terre sont ajoutées, il est possible que les interférences ne soient pas complètement isolées. Si la distance est trop grande, le bruit sur le plan du sol peut également affecter le circuit oscillant à rétroaction positive. La distance entre l'oscillateur à cristal et la puce doit donc être la plus proche possible.

C Il est vrai qu'il existe de nombreux conflits entre le câblage haute vitesse et les exigences EMI. Mais le principe de base est que l'augmentation de la résistance et de la capacité de l'EMI ou des billes magnétiques de ferrite n'entraîne pas que certaines caractéristiques électriques du signal ne soient pas conformes aux spécifications. Par conséquent, il est préférable d'utiliser les compétences d'alignement des traces et des empilements de PCB pour résoudre ou réduire les problèmes EMI, tels que les signaux à grande vitesse entrant dans la couche interne. Enfin, la méthode de la capacité résistive ou des billes magnétiques de ferrite est utilisée pour réduire les dommages au signal.

4. Problèmes d'anti - interférence dans les parties analogiques et numériques. A / D est souvent présent dans certains systèmes. Problème: pour améliorer l'immunité aux interférences, en plus de la mise à la terre analogique et de la mise à la terre numérique séparées, connectez seulement un point de l'alimentation et épaississez les lignes de mise à la terre et d'alimentation. J'espère que les experts donneront de bons avis et conseils!

Réponse de l'expert:

En plus de l'isolation à la terre, faites attention à la partie alimentation du circuit analogique. Si l'alimentation est partagée avec un circuit numérique, il est préférable d'ajouter un circuit de filtrage. En outre, les signaux numériques et analogiques ne doivent pas être entrelacés et, en particulier, ne doivent pas traverser la terre de dérivation (douves).

5. Câblage automatique du signal à grande vitesse. Afin de maximiser la qualité du signal à grande vitesse, nous sommes habitués au câblage manuel, mais trop inefficace. L'utilisation d'un routeur automatique ne permet pas de surveiller la façon dont les signaux critiques sont enroulés, le nombre de trous percés et l'emplacement. Routage Manuel des signaux critiques le routage automatique réduit le taux de mise en page du routage automatique, et l'ajustement des résultats du routage automatique signifie plus de travail de routage, comment équilibrer les contradictions ci - dessus et utiliser un excellent routeur pour aider à compléter le routage des signaux à grande vitesse?

Réponse de l'expert:

Maintenant, les routeurs automatiques de la plupart des logiciels de câblage fort ont mis en place des contraintes pour contrôler la méthode d'enroulement et le nombre de pores. Les capacités du moteur d'enroulement et les projets de fixation des contraintes varient parfois considérablement d'une société EDA à l'autre. Par exemple, s'il y a suffisamment de contraintes pour contrôler la façon dont le serpentin est enroulé, s'il est possible de contrôler l'espacement des traces des paires différentielles, etc. cela affectera si la méthode de câblage pour le câblage automatique est conforme à l'idée du concepteur. De plus, la difficulté d'ajuster manuellement le câblage est également absolument liée à la capacité de la bobineuse. Par exemple, la capacité de pousser des traces, la capacité de pousser à travers les trous, ou même la capacité de pousser des traces sur le revêtement de cuivre, etc. le choix d'un routeur avec de puissantes capacités de moteur de bobinage est donc la solution.

6 y a - t - il des spécifications pour la conception de l'échantillon d'essai? Pouvez - vous vous référer à cela? Comment concevoir la plaque d'essai en fonction de la situation réelle de la plaque? Y a - t - il des questions à noter? Merci

Réponse de l'expert:

La Feuille de test est utilisée pour mesurer avec TDR (Time Domain Reflectometer) Si l'impédance caractéristique de la carte PCB produite est conforme aux exigences de conception. En général, il existe deux cas d'impédance à contrôler: une seule ligne et une paire différentielle. Par conséquent, la largeur des lignes et l'espacement des lignes (lorsqu'il y a des paires différentielles) sur l'échantillon doivent être les mêmes que les lignes à contrôler. Le plus important est l'emplacement du lieu de prise de contact pendant la mesure. Pour réduire l'inductance de la ligne de terre, la position de mise à la terre de la sonde TDR est généralement très proche de la pointe de la sonde. La distance et la méthode entre le point de mesure du signal et le point de mise à la terre sur l'échantillon doivent donc être adaptées à la sonde utilisée.

7. Sur la question de la mise à la terre recouverte de cuivre de la zone vide de la couche de signal dans la conception de PCB à grande vitesse. Dans la conception de PCB à grande vitesse, la zone vierge de la couche de signal peut être recouverte de cuivre, est - ce que le cuivre de plusieurs couches de signal est bien mis à la terre, ou est - ce un demi - joint?

Réponse de l'expert:

En général, le revêtement de cuivre dans les zones vierges est principalement mis à la terre. Lorsque vous appliquez du cuivre à côté d'une ligne de signal à grande vitesse, faites simplement attention à la distance entre le cuivre et la ligne de signal, car le cuivre appliqué réduit légèrement l'impédance caractéristique de la trace. Veillez également à ne pas affecter l'impédance caractéristique des autres couches, par example dans la structure d'une ligne bi - ruban.

8. Impédance caractéristique. Merci d'avoir répondu à ma dernière question. La dernière fois que vous avez dit que le plan d'alimentation et le plan de masse étaient essentiellement des plans métalliques, il y avait donc un blindage pour les champs électriques et magnétiques. Puis - je utiliser un modèle de ligne microruban pour calculer l'impédance caractéristique d'une ligne de signal sur le plan de puissance? Est - il possible d'utiliser un modèle de ligne à ruban pour calculer les signaux entre les temps?

Réponse de l'expert:

Oui, le plan d'alimentation et le plan de masse doivent être considérés comme des plans de référence lors du calcul de l'impédance caractéristique. Par exemple, un panneau à quatre couches: la couche d'alimentation supérieure est mise à la terre. A ce stade, le modèle d'impédance caractéristique de la couche supérieure est un modèle de ligne microruban avec le plan de puissance comme plan de référence.

9. Problèmes de correspondance avec la ligne de signal à grande vitesse. Dans la disposition d'une carte haute vitesse, telle qu'une carte mère P4, pourquoi les lignes de signal haute vitesse, telles que les données CPU et les lignes de signal d'adresse, doivent - elles correspondre? Si elles ne correspondent pas, quels sont les dangers cachés? Quels sont les facteurs qui déterminent la plage de longueur d'appariement (c'est - à - dire la différence de retard de la ligne de signal) et comment est - elle calculée?

Réponse de l'expert:

La raison principale de l'adaptation d'impédance des caractéristiques de trace est d'éviter que les réflexions induites par des effets de ligne de transmission à grande vitesse affectent l'intégrité du signal et le temps de vol. En d'autres termes, s'il n'est pas adapté, le signal sera réfléchi, ce qui affectera sa qualité.

La plage de longueur de toutes les pistes est définie en fonction des exigences temporelles. Il existe de nombreux facteurs qui affectent le temps de latence du signal, et la longueur de piste n'est qu'un d'entre eux. P4 exige que la longueur de certaines lignes de signal soit comprise dans une certaine plage. Il s'agit d'une marge temporelle calculée en fonction du mode de transmission utilisé par le signal (horloge commune ou synchronisation de source) et assignée à une partie de l'erreur admissible sur la longueur de trace. En ce qui concerne le calcul des séries temporelles des deux modes décrits ci - dessus, il n'est pas commode de le décrire en détail ici en raison de contraintes de temps et d'espace.