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Blogue PCB
Cause and method of Signal Integrity in high speed PCB board design
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Cause and method of Signal Integrity in high speed PCB board design

2022-08-23
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Author:pcb
p>Avec le développement de la technologie deArt. Art.emi - conducteurs et de la technologie des micromètres à pression profonde, Augmentation de la vitesse de commutation des circuits intégrés de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de MHz, Même quelques GHz. Dans la conception à grande vitesse PCB board, Les ingénieurs rencontrent souvent des problèmes d'intégrité du signal, comme un déclenchement incorrect., Oscillation amortie, Plus de, En bas., Crosstalk. Les raisons de leur formation sont discutées dans cet article., Comment sont - ils calculés?, Comment résoudre ces problèmes en utilisant la méthode de simulation Ibis dans Allegro.

1.. Definition of Signal Integrity
Signal Integrity (SI) refers to the signal quality on the signal line. Une mauvaise intégrité du signal n'est pas due à un seul facteur, Mais dans la conception au niveau du Conseil, la combinaison de ces facteurs. Les causes des dommages à l'intégrité du signal comprennent la réflexion, Alors...nnerie, Rebond au sol, Crosstalk, Et bien plus encore.. Avec l'augmentation de la fréquence de fonctionnement du signal, Le problème de l'intégrité du signal est devenu le Centre du développement rapide PCB board Ingénieurs.

2.. Reflection
2.1 Formation and calculation of reflections
Impedance discontinuities on the transmission line can cause signal reflections, Lorsque l'impédance de la source et l'impédance de la charge ne correspondent pas, La charge réfléchit une partie de la tension à l'alimentation électrique. La transmission différentielle du signal résout de nombreux problèmes. Qu'est - ce qu'un signal différentiel? En termes profanes, L'extrémité d'entraînement envoie deux signaux de phase égale et opposée, Le récepteur juge l'état logique « 0» ou « 1» en comparant la différence entre les deux tensions. Une paire de fils qui transmettent des signaux différentiels est appelée fils différentiels. Comment calculer l'impédance de la ligne différentielle? L'impédance des différents signaux différentiels est différente, such as the D+ D- of USB, L'impédance différentielle de la ligne est de 90 ohms, La ligne différentielle de 1394 est de 110 ohms, Voir d'abord les spécifications ou les informations connexes. Il existe déjà de nombreux outils pour calculer l'impédance, Par exemple, si 9000 de polar. Les facteurs qui influencent l'impédance différentielle comprennent la largeur de ligne, Espacement différentiel des lignes, Constante diélectrique, and thickness of the medium (the thickness of the medium between the differential line Et reference surface). En général, Différence ajustée. Espacement des lignes et largeur des lignes pour le contrôle de l'impédance différentielle. Lors de la fabrication de circuits imprimés, Il est également nécessaire d'expliquer au fabricant quelles lignes nécessitent une impédance de commande. Un signal différentiel est une valeur numérique qui représente la différence entre deux quantités physiques. À proprement parler,, Tous les signaux de tension sont différentiels, Parce qu'une tension ne peut être comparée qu'à l'autre. Dans certains systèmes, Le système "sol" est utilisé comme point de référence de tension. Lorsque le « sol» est utilisé comme référence pour la mesure de la tension, Ce schéma de signalisation est appelé Singleton. Nous utilisons ce terme parce que le signal est représenté par une tension sur un seul conducteur.

Un avantage du signal différentiel est que les petits signaux peuvent être facilement identifiés parce que vous contrôlez la tension de référence. Dans le système au sol de référence, Système de signalisation à une extrémité, La valeur du signal mesuré dépend de la cohérence du « sol» dans le système.. Plus la source du signal est éloignée du récepteur du signal, Plus il est probable qu'il y ait une différence entre leurs valeurs locales de tension au sol. La valeur du signal récupérée à partir du signal différentiel est largement indépendante de la valeur "sol", Mais dans une certaine mesure. A second benefit of differential signaling is that it is highly immune to external electromagnetic interference (EMI). Les envahisseurs influencent presque également chaque extrémité de la paire de signaux différentiels. Parce que la différence de tension logique du PAD dans le PAD détermine la valeur du signal, Toute interférence identique sur les deux fils sera ignorée. En plus d'être moins sensible aux interférences, Les signaux différentiels produisent moins d'EMI que les signaux à une seule extrémité. Le troisième avantage du signal différentiel est le positionnement chronométré. Parce que le changement de commutation du signal différentiel est à l'intersection des deux signaux, Contrairement aux signaux simples ordinaires qui dépendent de tensions de seuil élevées et faibles pour le jugement, Ils sont moins affectés par le processus et la température. Il peut réduire l'erreur de synchronisation et est plus approprié pour les circuits à faible amplitude. The currently popular LVDS (low voltage differential signaling) refers to this small-amplitude differential signaling technology. Le Crosstalk ne peut pas être considéré comme différentiel, Parce que leurs résultats de crosstalk seront annulés à la réception. En outre, La différence doit être équilibrée, Le parallélisme n'est qu'une partie de l'équilibre. Je pense que le couplage des paires de différences est encore nécessaire, Pour une seule correspondance de ligne, Bien que théoriquement très mature, but the actual PCB circuit still has an error of about 5% (a material, I have not done it myself). D'un autre côté,, La ligne différentielle peut être considérée comme un système à boucle automatique, Ou que les signaux de ses deux lignes de signalisation sont corrélés. Si l'attelage est trop lâche, Il peut causer des interférences différentes de celles d'autres endroits. Pour certains circuits d'interface:, La longueur égale des paires de différences d'entraînement Allegro est un facteur important de retard de la ligne de contrôle. So, Je pense que les lignes différentielles devraient être étroitement couplées. Pour la plupart des vitesses actuelles PCB boards, Il est utile de maintenir un bon couplage, Mais j'espère que vous ne pensez pas à tort que le couplage est une condition nécessaire pour les paires de différences, Cela limite parfois les idées de conception. Lors de la conception ou de l'analyse à grande vitesse, Non seulement il faut savoir ce que la plupart des gens font, Mais pourquoi les autres feraient ça?, Puis comprendre et améliorer en fonction de l'expérience des autres, Développer continuellement leur capacité de pensée créative. Une correspondance est nécessaire, Mais la raison de la correspondance n'est pas la réflexion, Mais pour réduire l'interférence de l'enroulement croisé. Si la réduction est liée à la méthode de correspondance, Si une résistance en série est utilisée, Ça ne marchera pas., Mais si vous utilisez la méthode d'appariement des bornes de connexion au sol ou à l'alimentation électrique, L'impédance de ligne des deux conducteurs est réduite en raison de l'enroulement croisé...

PCB Layout Engineer, Le problème est de s'assurer que ces avantages du routage différentiel sont pleinement utilisés dans le routage réel.. Peut - être que n'importe qui qui qui a été en contact avec la disposition comprendra les exigences générales de la ligne de distribution différentielle, and the PCB board Le design est "de longueur égale", "équidistance". Une longueur égale est nécessaire pour s'assurer que les deux signaux différentiels maintiennent toujours la polarité opposée et pour réduire la composante en mode commun; L'équidistance est principalement destinée à assurer une impédance différentielle cohérente entre les deux et à réduire la réflexion.. Le principe du plus près possible est parfois l'une des exigences du routage différentiel. Les traces différentielles peuvent également fonctionner dans différentes couches de signal, Mais cette méthode n'est généralement pas recommandée, Parce que la différence d'impédance et de trou entre les différentes couches détruira l'effet de la transmission en mode différentiel et introduira le bruit en mode commun. En outre, Si deux couches adjacentes ne sont pas étroitement couplées, Cela réduit la capacité de la trajectoire différentielle à résister au bruit, Cependant, si vous pouvez maintenir un espacement approprié par rapport à la trace environnante, Le Crosstalk n'est pas un problème.. At general frequencies (below GHz), L'IME ne sera pas un problème sérieux. Les résultats expérimentaux montrent que l'atténuation de l'énergie rayonnée atteint 60 dB à 500 miles à 3 mètres de la trajectoire différentielle., Cela est suffisant pour satisfaire aux normes de rayonnement électromagnétique de fac, Par conséquent, les concepteurs ne doivent pas trop s'inquiéter des incompatibilités électromagnétiques causées par un couplage insuffisant des lignes différentielles.. Mais aucune de ces règles n'est rhétorique., De nombreux ingénieurs ne semblent pas comprendre la nature des signaux différentiels à grande vitesse. Plusieurs malentendus courants dans la conception des signaux différentiels PCB sont discutés ci - dessous.. On pense que les trajectoires différentielles doivent être très proches. Garder les trajectoires différentielles proches juste pour améliorer leur couplage, Cela améliore non seulement l'immunité au bruit, En outre, la polarité opposée du champ magnétique est pleinement utilisée pour compenser l'interférence électromagnétique dans le monde extérieur.. Bien que cette approche soit très utile dans la plupart des cas, Ce n'est pas le cas.. Si nous pouvons nous assurer qu'ils sont entièrement protégés contre les interférences externes, Ensuite, nous n'avons pas besoin d'un couplage fort entre eux pour obtenir l'anti - interférence et l'anti - interférence. Objectif de la suppression de l'ime. Comment assurer une bonne isolation et un bon blindage des traces différentielles? L'une des méthodes de base consiste à augmenter l'espacement entre les traces des autres signaux.. L'énergie du champ électromagnétique diminue avec le carré de la distance. En général, L'espacement des lignes dépasse 4 fois le poids de la ligne. , L'interférence entre eux est très faible et peut être largement ignorée. En outre, L'isolement du plan de mise à la terre peut également jouer un bon rôle de blindage.. This structure is often used in the design of high-frequency (above 10G) IC package PCB boards. C'est ce qu'on appelle la structure CPW., which can ensure strict differential Impedance Control (2Z0). Le signal différentiel n'a pas besoin d'un plan de mise à la terre comme chemin de retour, Ou considérer les trajectoires différentielles comme des trajectoires de retour les unes pour les autres. Ce malentendu est dû à des phénomènes superficiels, Ou une compréhension insuffisante des mécanismes de transmission des signaux à grande vitesse. Les circuits différentiels ne sont pas sensibles à des rebonds similaires et à d'autres signaux sonores qui peuvent exister sur les plans de puissance et de sol.. L'annulation partielle de l'écho au niveau du sol ne signifie pas que le circuit différentiel n'utilise pas le plan de référence comme trajectoire d'écho du signal.. En fait,, Dans l'analyse de retour du signal, Le mécanisme du routage différentiel est le même que celui du routage à une extrémité., C'est ça., Le signal haute fréquence revient toujours le long de la boucle de l'inducteur, La différence est qu'en plus du couplage au sol, Les lignes différentielles sont également couplées les unes aux autres. Quel que soit le couplage, il est fort., Celui - ci devient le chemin de retour principal. Allez. PCB board Conception des circuits, Le couplage entre les trajectoires différentielles est généralement faible, Ne représente généralement que 10 à 20% du degré de couplage, Plus important encore, le couplage avec le sol, Par conséquent, le chemin de retour principal de la trajectoire différentielle existe toujours dans le plan du sol.. Lorsque le plan local est discontinu, Dans une zone sans plan de référence, Le couplage entre les trajectoires différentielles fournira la boucle principale, Bien que la discontinuité du plan de référence n'ait aucun effet sur la trajectoire différentielle. C'est sérieux., Mais il réduit encore la qualité du signal différentiel et augmente l'EMI, Cela devrait être évité autant que possible.. Certains concepteurs pensent également que le plan de référence sous la trace différentielle peut être supprimé pour supprimer une partie du signal en mode commun dans la transmission différentielle., Mais cette approche n'est pas théoriquement souhaitable. Comment contrôler l'impédance? Aucun signal en mode commun fourni. La boucle d'impédance au sol doit provoquer un rayonnement EMI, Plus de mal que de bien.. Pensez - vous qu'il est plus important de maintenir un espacement égal que de correspondre à la longueur de la ligne. En fait, PCB board Mise en page, Les exigences de la conception différentielle ne sont généralement pas respectées simultanément. En raison de facteurs tels que la distribution des broches, Par trou, Et l'espace de routage, L'objectif de correspondre à la longueur de la ligne doit être atteint par un câblage approprié., Mais le résultat doit être que certaines régions des paires de différences ne peuvent pas être parallèles. PCB board Ligne de distribution différentielle: la règle la plus importante dans la conception est de correspondre à la longueur de la ligne, D'autres règles peuvent être traitées avec souplesse en fonction des exigences de conception et de l'application pratique..