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Technologie PCB
Résumé de l'expérience: compétences en câblage des BPC
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Résumé de l'expérience: compétences en câblage des BPC

Résumé de l'expérience: compétences en câblage des BPC

2021-08-21
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Author:IPCB

Layout is one of the most basic job skills for Conception des Circuits imprimés Ingénieurs. Qualité du produit Câblage will directly affect the performance of the entire system. La plupart des théories de conception à grEte vitesse doivent finalement être mises en œuvre et validées par la mise en page.. It can be seen that Câblage is very important in high-speed Conception des Circuits imprimés. The following will analyze the rationality of some situations that may be encountered in actual Câblage, Certaines stratégies de routage optimisées sont également proposées.. L'article traite principalement de trois aspects: l'angle droit Câblage, C'est différent. Câblage, Et les lignes sinueuses.


1. Câblage à angle droit


Right-angle Câblage En règle générale, il est nécessaire d'éviter cette situation dans la mesure du possible. Circuits imprimésCâblage, Il est presque devenu l'un des critères de mesure de la qualité des produits Câblage. So how much influence will the right-angle Câblage Influence sur la transmission du signal? En principe, right-angle routing will change the line width of the transmission line, Provoque une discontinuité d'impédance. En fait,, Pas seulement le câblage à angle droit, but also corners, Le câblage à angle aigu peut entraîner des changements d'impédance. The influence of right-angle Câblage L'influence sur le signal se manifeste principalement sous trois aspects: l'un est que le coin peut être équivalent à la charge Capacitive de la ligne de transmission., Cela ralentit le temps de montée; Deuxièmement, la discontinuité de l'impédance peut provoquer une réflexion du signal; Le troisième est de générer des pointes à angle droit. EMI.


The parasitic capacitance caused by the right angle of the transmission line can be calculated by the following empirical formula: C=61W(Er)1/2/Z0 dans la formule ci - dessus, C refers to the equivalent capacitance of the corner (unit: pF), and W refers to walking The width of the line (unit: inch), Îr est la constante diélectrique du milieu, Z0 est l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. For example, for a 4Mils 50 ohm transmission line (<εr=4.3), La capacité apportée par l'angle droit est d'environ 0.0101pF, La variation du temps de montée qui en résulte peut être estimée comme suit: T10 - 90% = 2.2 *C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps

Le calcul montre que l'effet de capacité du câblage à angle droit est très faible. Avec l'augmentation de la largeur de la trace d'angle droit, l'impédance diminue, de sorte qu'un certain phénomène de réflexion du signal se produit. L'impédance équivalente après l'augmentation de la largeur de la ligne peut être calculée à partir de la formule de calcul de l'impédance mentionnée dans le chapitre de la ligne de transmission, puis le coefficient de réflexion peut être calculé à partir de la formule empirique suivante: Ï * = (ZS - Z0) / (ZS + Z0). En général, l'impédance varie de 7 à 20% en raison du câblage à angle droit, de sorte que le coefficient de réflexion maximal est d'environ 0,1. De plus, on peut voir que l'impédance de la ligne de transmission change au minimum pendant la longueur de la Ligne W / 2, puis revient à l'impédance normale après le temps W / 2. Le temps total de variation de l'impédance est très court, généralement à moins de 10 ps. Pour la transmission générale du signal, les changements rapides et mineurs sont presque négligeables.


Beaucoup de gens ont une telle compréhension du câblage à angle droit que les pointes sont susceptibles d'émettre ou de recevoir des ondes électromagnétiques et de produire des EMI. C'est aussi l'une des raisons pour lesquelles beaucoup de gens pensent que le câblage à angle droit ne fonctionne pas. Cependant, de nombreux résultats d'essais pratiques montrent que les trajectoires rectangulaires ne produisent pas d'EMI plus prononcé que les lignes droites. Peut - être que le rendement actuel de l'instrument et le niveau d'essai limitent l'exactitude des essais, mais au moins cela illustre un problème. Le rayonnement du câblage à angle droit a été inférieur à l'erreur de mesure de l'instrument lui - même.

En général, le câblage à angle droit n'est pas aussi mauvais que prévu. Tout effet de capacité, de réflexion, d'EMI, Attendez.., est difficile à refléter dans les essais TDR, du moins pour les applications en dessous de GHz. Les ingénieurs en conception de Circuits imprimés à grande vitesse devraient encore se concentrer sur la disposition, la conception de l'alimentation électrique et de la mise à la terre et la conception du câblage. Par trou et autres. Bien sûr, bien que l'impact du câblage à angle droit ne soit pas très grave, cela ne signifie pas que nous pouvons tous utiliser le câblage à angle droit à l'avenir. L'attention aux détails est la qualité de base que tout bon Ingénieur doit posséder. De plus, avec le développement rapide des circuits numériques, la fréquence des signaux traités par les ingénieurs en Circuits imprimés continuera d'augmenter.


2 câblage différentiel


Differential signal (Differential Signal) is more and more widely used in high-speed Conception des circuits. Les signaux les plus critiques dans les circuits sont généralement conçus avec une structure différentielle. Qu'est - ce qui le rend si populaire?? Comment assurer sa bonne performance sur le marché Conception des Circuits imprimés? Ces deux questions, we proceed to the next part of the discussion. Qu'est - ce qu'un signal différentiel? In layman's terms, L'extrémité d'entraînement envoie deux signaux égaux et inversés, and the receiving end judges the logic state "0" or "1" by comparing the difference between the two voltages. Une paire de traces porteuses d'un signal différentiel est appelée traces différentielles.

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Les signaux différentiels présentent les avantages les plus évidents par rapport aux signaux à une seule extrémité communs dans les trois domaines suivants:


a.Forte capacité anti - interférence, because the coupling between the two differential traces is very good, En cas d'interférence sonore de l'extérieur, they are almost coupled to the two lines at the same time, Le récepteur ne se soucie que de la différence entre les deux signaux. Alors..., the external common mode noise can be completely canceled.

B. Il peut efficacement inhiber l'IME. Pour la même raison, en raison de la polarité opposée des deux signaux, les champs électromagnétiques qu'ils émettent peuvent s'annuler mutuellement. Plus le couplage est serré, moins l'énergie électromagnétique est libérée dans le monde extérieur.


Le timing et le positionnement sont précis. Étant donné que le changement de commutation du signal différentiel est situé à l'intersection des deux signaux et qu'il dépend de la tension de seuil élevée et de la tension de seuil faible, contrairement aux signaux simples ordinaires, il est moins affecté par le processus et la température et peut réduire les erreurs de synchronisation. Il convient également mieux aux circuits à faible amplitude.


The current popular LVD (ow voltage differential signaling) refers to this small amplitude differential signaling technology. For Circuits imprimés engineers, the most concern is how to ensure that these advantages of differential Câblage Peut être pleinement utilisé dans la pratique Câblage. Peut - être que quiconque a été en contact avec la disposition comprendra les exigences générales du différentiel Câblage, that is, Longueur égale distance égale. The equal length is to ensure that the two differential signals keep the opposite polarity at all times and reduce the common mode component; the equal distance is mainly to ensure that the differential impedance of the two is consistent and reduce the Réflexe. "Aussi près que possible" est parfois l'une des exigences du différentiel Câblage. Mais aucune de ces règles ne s'applique mécaniquement, and many engineers seem to still not understand the essence of high-speed differential signal transmission. Voici quelques idées fausses courantes Circuits imprimés differential signal design.


Mythe 1: le signal différentiel n'a pas besoin d'un plan au sol comme chemin de retour, or that the differential traces provide a return path for each other. La raison de cette incompréhension est qu'ils sont confus par les apparences., or the mechanism of high-speed signal transmission is not deep enough. La structure du récepteur montre que les courants des émetteurs des transistors Q3 et Q4 sont égaux et opposés., and their currents at the ground exactly cancel each other (I1=0), so the differential circuit is for similar ground bounces and other possible existence It is insensitive to noise signals on the Pouvoir supply and ground plane. L'annulation partielle du retour au niveau du sol ne signifie pas que le circuit différentiel n'utilise pas le plan de référence comme trajectoire de retour du signal.. In fact, in the signal return analysis, Mécanisme différentiel Câblage and ordinary single-ended Câblage C'est pareil?, that is, Les signaux à haute fréquence reviennent toujours le long de la boucle la moins inductive, the biggest difference is that in addition to the coupling to the ground, Les lignes différentielles sont également couplées les unes aux autres. Which kind of coupling is strong, Lequel devient le chemin de retour principal.


In Circuits impriméscircuit design, the coupling between differential traces is generally small, Ne représente généralement que 10 à 20% du degré de couplage, Plus important encore, le couplage avec le sol, so the main return path of the differential trace still exists on the ground plane. . Lorsqu'il y a des discontinuités dans le plan local, the coupling between the differential traces will provide the main return path in the area without a reference plane. Bien que les discontinuités du plan de référence aient moins d'effet sur les traces différentielles que les traces simples ordinaires, Il réduit encore la qualité du signal différentiel et augmente l'EMI, Cela devrait être évité autant que possible.. Some designers also believe that the reference plane under the differential trace can be removed to suppress part of the common mode signal in differential transmission, Mais cette approche n'est pas théoriquement souhaitable. How to control the impedance? Ne pas fournir de boucle d'impédance au sol pour les signaux en mode commun, Cela provoquera in évitablement des radiations EMI, C'est encore pire..


Misunderstanding 2: It is believed that keeping equal spacing is more important than matching line length. En fait, Disposition des Circuits imprimés, Il est souvent incapable de répondre simultanément aux exigences de la conception différentielle. Due to the existence of factors such as pin distribution, Par trou, and Câblage space, proper winding must be used to achieve the purpose of line length matching, Mais le résultat doit être que certaines régions des paires de différences ne peuvent pas être parallèles. What should we do at this time? Quel choix?? Before drawing conclusions, Regardons les résultats de la simulation ci - dessous.. From the above simulation results, Comme on peut le voir, les formes d'onde des options 1 et 2 sont presque identiques., that is to say, Moins d'impact dû à un espacement inégal. En comparaison, the line length mismatch has a much greater impact on the timing. ((option 3)). From the theoretical analysis, Bien qu'un espacement incohérent puisse entraîner un changement de l'impédance différentielle, because the coupling between the differential pair itself is not significant, La plage de variation de l'impédance est également très faible, usually within 10%, Ce n'est qu'un passage.. La réflexion causée par le trou n'a pas d'effet significatif sur la transmission du signal. Once the line length does not match, Sauf décalage temporel, common mode components are introduced into the differential signal, Cela réduit la qualité du signal et augmente l'EMI. It can be said that the most important rule in the design of Circuits imprimés differential Câblage is the matching line length, D'autres règles peuvent être traitées avec souplesse en fonction des exigences de conception et de l'application pratique..


Malentendu 3: perception des différences Câblage must be very close. Les trajectoires différentielles sont maintenues proches du rien pour améliorer leur couplage, which can not only improve immunity to noise, La polarité opposée du champ magnétique peut également être utilisée pour compenser l'interférence électromagnétique externe.. Although this approach is very beneficial in most cases, Ce n'est pas absolu.. If we can ensure that they are fully shielded from external interference, De cette façon, nous n'avons plus besoin d'un couplage fort entre nous pour obtenir l'anti - interférence. Et le but de la suppression des interférences électromagnétiques. Comment assurer une bonne isolation et un bon blindage des traces différentielles? Increasing the spacing with other signal traces is one of the most basic ways. L'énergie du champ électromagnétique diminue avec le carré de la distance. Generally, when the line spacing exceeds 4


Les traces différentielles peuvent également fonctionner dans différentes couches de signal, mais cette méthode n'est généralement pas recommandée parce que les différences d'impédance et de trou à travers les différentes couches détruiront l'effet de la transmission en mode différentiel et introduiront un bruit en mode commun. De plus, si les deux couches adjacentes ne sont pas étroitement couplées, la capacité des traces différentielles à résister au bruit est réduite, mais le crosstalk n'est pas un problème si une distance appropriée peut être maintenue par rapport aux traces environnantes. L'IME n'est pas un problème grave à la fréquence normale (inférieure à GHz). Les résultats expérimentaux montrent que l'atténuation de l'énergie rayonnée à une distance de 3 mètres atteint 60 dB à 500 mil de la trace différentielle, ce qui est suffisant pour satisfaire aux normes de rayonnement électromagnétique de la FCC, de sorte que les concepteurs ne doivent pas trop s'inquiéter de l'incompatibilité électromagnétique causée par un couplage insuffisant de La ligne différentielle.