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Analyse et contrôle des conversations croisées dans la conception des PCB à grande vitesse
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Analyse et contrôle des conversations croisées dans la conception des PCB à grande vitesse

Analyse et contrôle des conversations croisées dans la conception des PCB à grande vitesse

2022-03-03
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Author:pcb

Cet article présente les méthodes de suppression et d'amélioration des signaux., Et la stratégie de conception PCB board Techniques de mise en page. Avec l'amélioration à grande échelle de la complexité et de l'intégration de la conception du système, Concepteur de systèmes électroniques engagé dans la conception de circuits de plus de 100 MHz, La fréquence de fonctionnement du bus a atteint ou dépassé 50 MHz, Certains dépassent même 100 MHz. Actuellement, Environ 50% de la fréquence d'horloge prévue est supérieure à 50 MHz, Près de 20% de la fréquence principale de conception dépasse 120 MHz. Lorsque le système fonctionne à 50 MHz, Il y aura des problèmes d'effet de ligne de transmission et d'intégrité du signal; Lorsque l'horloge du système atteint 120 MHz, Sauf si vous utilisez la connaissance de la conception de circuits à grande vitesse, Sinon PCB boardS conçu selon la méthode traditionnelle ne fonctionnera pas. Alors..., La technologie de conception de circuits à grande vitesse est devenue une méthode de conception nécessaire pour les concepteurs de systèmes électroniques.. La contrôlabilité du processus de conception ne peut être réalisée qu'en utilisant la technologie de conception du concepteur de circuits à grande vitesse..

PCB board

Actuellement, La technologie de plus en plus sophistiquée des semi - conducteurs réduit la taille des transistors, Par conséquent, le bord de conversion du signal de l'appareil devient de plus en plus rapide, Dans le domaine de la conception de circuits numériques à grande vitesse, les problèmes d'intégrité des signaux et de compatibilité électromagnétique deviennent de plus en plus graves.. . Les problèmes d'intégrité du signal comprennent principalement l'effet de la ligne de transmission., Comme la réflexion., Délai, Ça sonne., Dépassement du signal et sous - réglage, Et les échanges entre les signaux. Les échanges de signaux sont complexes, Facteurs multiples, Calcul complexe et difficile à contrôler. Alors..., La conception électronique d'aujourd'hui a besoin d'un nouveau concept, Processus, Méthodes et techniques différentes des environnements de conception traditionnels, Processus et méthodes de conception. La technologie EDA utilise l'ordinateur comme outil. Les concepteurs utilisent le langage de description du matériel VHDL pour compléter les fichiers de conception sur la plate - forme logicielle EDA, Ensuite, l'ordinateur compile automatiquement la logique, Simplification, Segmentation, Synthèse, Optimisation, Mise en page, Câblage et Simulation, Jusqu'à ce que la compilation soit adaptée, Cartographie logique et programmation de puces cibles spécifiques. L'émergence de la technologie EDA améliore considérablement l'efficacité et la maniabilité de la conception des circuits et réduit l'intensité de travail des concepteurs.. Utilisation des outils EDA, Les concepteurs électroniques peuvent concevoir des systèmes électroniques basés sur des concepts, Algorithmes, Accord, Attendez.., Beaucoup de travail peut être fait par ordinateur, Et l'ensemble du processus de conception des circuits électroniques, Analyse des performances pour la conception de la disposition IC ou de la disposition PCB. Traitement automatique sur ordinateur. Le concept ou la portée de l'AED est maintenant largement utilisé. Y compris l'industrie mécanique, Électronique, Communications, Aerospace, Industrie chimique, Minéraux, Biologie, Médecine, Militaires et autres domaines, L'EDA a de nombreuses applications. Actuellement, La technologie EDA a été largement utilisée dans les grandes entreprises, Entreprises et institutions publiques, Et les secteurs de la recherche et de l'enseignement. Par exemple:, Pendant la construction de l'aéronef, De la conception, Essai de performance et analyse des caractéristiques de la simulation de vol, Peut impliquer la technologie EDA.

Crosstalk Solutions
Crosstalk: It is the coupling between two signal lines, Inductance mutuelle et capacité entre les lignes de signal causant le bruit de ligne. Le couplage capacitif produit un courant de couplage, Et le couplage inductif produit une tension de couplage. Paramètres de la couche PCB, Distance entre les lignes de signalisation, Caractéristiques électriques des extrémités d'entraînement et de réception, Et le mode de terminaison du fil a une certaine influence sur le crosstalk. Avec le développement de la science et de la technologie, Le prix des ordinateurs diminue, Le spectacle s'améliore., Le réseau local se déplace de plus en plus rapidement, Le support de transmission du réseau local passe également du câble coaxial à la Paire torsadée et à la fibre optique.. Cat1 original, Catégorie III, Cat5 a évolué vers le cat5e actuel, Catégorie VI, Cat6a, Catégorie VII. Malgré l'amélioration des performances des paires Torsadées, Il y a un paramètre avec une Paire torsadée comme un fantôme, Il est également équipé de paires Torsadées. Développement, Ce paramètre devient de plus en plus important. Le signal de tension sonore défavorable causé par le couplage mutuel des champs électromagnétiques entre les signaux est appelé Crosstalk de signal.. Si Crosstalk dépasse une valeur, Le circuit peut être défectueux et le système ne fonctionne pas correctement. Solving the problem of crosstalk can be considered from the following aspects:
1) Reduce the conversion rate of the signal edge if possible. En général, Lors de la sélection du périphérique, Choisir l'équipement le plus lent possible tout en respectant les spécifications de conception, Évitez de mélanger différents types de signaux, Parce que les signaux qui changent rapidement peuvent présenter un risque de crosstalk pour les signaux qui changent lentement.
2) Adopt shielding measures: It is an effective way to solve the problem of crosstalk to provide grounding for high-speed signals. Cependant,, Le revêtement provoque une augmentation du câblage, Encombrement des zones de câblage initialement limitées. En outre, Pour atteindre l'objectif souhaité de blindage du fil de terre, La distance entre les points de mise à la terre sur le fil de terre est critique, Généralement moins de deux fois la longueur du changement de signal. En même temps, Le fil de terre augmente également la capacité de distribution du signal, Cela augmente l'impédance de la ligne de transmission et réduit le bord du signal.
3) Reasonable setting of layers and wiring: reasonable setting of wiring layers and wiring spacing, Réduire la longueur du signal parallèle, Raccourcir la distance entre la couche de signal et la couche plane, Augmenter l'espacement des lignes de signalisation, and reducing the length of parallel signal lines (within the key length range) , Ces mesures peuvent réduire efficacement les échanges.
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, La taille du Crosstalk peut également être considérablement réduite. Le but de l'analyse des conversations croisées est de trouver rapidement, Localiser et résoudre le problème de crosstalk dans la mise en œuvre des PCB. En général, les outils et environnements de simulation, L'analyse de simulation et l'environnement de mise en page des PCB sont indépendants les uns des autres. Une fois le câblage terminé, Effectuer une analyse de crosstalk pour obtenir une analyse de crosstalk, Et déduit de nouvelles règles de routage et réachemine, Il est ensuite analysé et corrigé.. L'analyse de simulation montre que les résultats réels de crosstalk ne sont pas les mêmes, L'écart est très important. Alors..., Un bon outil ne devrait pas seulement être capable d'analyser les conversations croisées, Mais il est également possible d'appliquer des règles de crosstalk pour le routage. En outre, L'outil de routage général n'est piloté que par des règles physiques, Le routage qui contrôle les échanges ne peut être limité que par des règles physiques telles que le réglage du poids de ligne et de l'espacement des lignes., Longueur des lignes parallèles. L'utilisation de l'ensemble d'outils d'analyse et de conception de l'intégrité des signaux icx peut soutenir un câblage vraiment axé sur les règles électriques. Analyse de simulation et câblage dans un environnement. Les règles électriques et physiques peuvent être définies pendant la simulation, Et effectuer un calcul automatique pendant le câblage. Correction automatique des facteurs d'intégrité du signal en fonction des résultats du calcul, tels que le crosstalk superharmonique. Ce câblage est rapide et répond vraiment aux exigences de performance électrique réelles.

Signal Integrity Design for Crosstalk Control
Haute vitesse PCB board Les règles de conception sont généralement divisées en deux catégories: les règles physiques et les règles électriques.. Les règles physiques désignent certaines règles de conception spécifiées par l'Ingénieur de conception en fonction des dimensions physiques., Par exemple, la largeur de ligne est de 4mil, L'espacement entre les lignes est de 4mil, La longueur de la piste parallèle est de 4mil. Les règles électriques sont les règles de conception relatives aux caractéristiques électriques ou aux performances électriques., Par exemple, le délai de câblage est contrôlé entre 1NS et 2NS, Nombre total de conversations croisées sur un réseau particulier PCB board Tension de ligne inférieure à 70 MV, Attendez un peu!. Une fois que les règles physiques et électriques ont été clairement définies, Les routeurs à grande vitesse peuvent être explorés plus en détail. Actuellement, the high-speed routers based on physical rules (physical rule-driven) on the market include AutoActive RE router, Routeur CCT, Routeur blazerouter et routeur éditeur routeur. En fait,, Ces routeurs sont tous des routeurs automatiques pilotés par des règles physiques. Oui., Ces routeurs ne répondent automatiquement qu'aux dimensions physiques spécifiées par l'Ingénieur concepteur, Et ne peut pas être conduit directement par des règles électriques à grande vitesse. Les routeurs à grande vitesse alimentés directement par des règles électriques sont essentiels pour assurer l'intégrité du signal dans la conception à grande vitesse.. Les ingénieurs concepteurs ont toujours des règles électriques et les codes de conception sont également des règles électriques. En d'autres termes,, Notre conception doit être conforme aux règles électriques et non aux règles physiques. La conception physique finale doit satisfaire aux exigences électriques de la conception.. Les règles physiques ne sont que la conversion des règles électriques par les fabricants de composants ou les ingénieurs concepteurs eux - mêmes.. Nous voulons toujours que cette conversion soit équivalente, individuelle. Ce n'est pas le cas.. 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, En raison de la technologie LVDS, l'amplitude du signal est de 350 MV, Les spécifications de conception habituelles exigent toujours que le bus de la ligne de signalisation soit une valeur de crosstalk inférieure ou égale à 20% de l'amplitude du signal., Oui., La quantité totale de crosstalk est de 350mv à 20% = 70mv, C'est la loi de l'électricité., 20% en fonction de la tolérance au bruit du LVDS, Disponible dans le manuel de référence . Pour is Synthesizer, Chaque fois que l'Ingénieur de conception spécifie la valeur de crosstalk sur la ligne de signalisation LVDS, Le câblage peut être réglé et optimisé automatiquement pour répondre aux exigences de performance électrique, Tous les fils de signalisation environnants seront automatiquement pris en considération lors du câblage.. Influence du signal LVDS. Pour les routeurs basés sur des règles physiques, Il faut d'abord analyser et considérer certaines hypothèses.. L'ingénieur concepteur a toujours considéré que le crosstalk entre les signaux ne dépend que de la longueur des lignes parallèles entre les signaux parallèles., Il peut donc être utilisé dans les circuits à grande vitesse. Effectuer une analyse des hypothèses dans l'environnement de conception de première ligne. Par exemple:, Vous pouvez supposer que la longueur du câblage parallèle est de 2.5 millions, Et analyser les conversations croisées entre eux. La valeur peut ne pas être de 70 MV, Mais vous pouvez encore ajuster le câblage parallèle en fonction des conclusions. Lorsque la longueur de la ligne parallèle est une certaine valeur (par exemple 7mil), si la valeur de crosstalk entre les signaux est essentiellement de 70mv, 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), Par conséquent, l'Ingénieur concepteur a obtenu les règles physiques d'un tel train à grande vitesse. PCB board Conception dans les processus physiques réels PCB board Mise en page et câblage. Il en va de même pour les routeurs à grande vitesse traditionnels, dont la taille physique est garantie.. Voici deux questions:, La conversion conventionnelle n'est pas équivalente. Forster., Les échanges entre signaux ne sont pas déterminés par la longueur des traces entre signaux parallèles, Mais ça dépend aussi de la direction du signal., Emplacement des segments parallèles, Il y a aussi une variété de facteurs, comme la correspondance, Cela peut être difficile à prévoir, voire à expliquer complètement, jusqu'à ce qu'il soit effectivement mis en œuvre.. Alors..., Après cette transformation,, Impossible de s'assurer que les règles électriques originales sont respectées tout en respectant ces règles physiques. C'est aussi une raison très importante pour laquelle les routeurs à grande vitesse mentionnés ci - dessus ne fonctionnent toujours pas correctement si les règles sont respectées.. Deuxièmement,, Lors de la conversion de ces règles, il est presque impossible de tenir compte de plusieurs effets en même temps.. Par exemple:, Lors de l'examen des échanges de signaux, Il est difficile de tenir compte simultanément de l'influence de toutes les lignes de signalisation environnantes pertinentes.. Ces deux conditions déterminent que les routeurs à grande vitesse basés sur des règles physiques rencontreront de grands problèmes dans la conception à grande vitesse et à haute complexité. PCB board Système, Et le train à grande vitesse? PCB board Un meilleur routeur basé sur des règles électriques. C'est réglé.. High-speed PCB board- la conception des niveaux et des systèmes est un processus complexe. Les problèmes d'intégrité des signaux, y compris les échanges de signaux, entraînent des changements dans les concepts de conception., Concept de conception, Processus et méthodes de conception. Assurer une détection rapide des problèmes, Absolument., Il est devenu le courant dominant de la conception du système à grande vitesse pour guider la nouvelle conception afin d'éviter les problèmes dans la conception du système à grande vitesse. PCB board Le design d'aujourd'hui.