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I punti di progettazione del segnale LVDS sulla scheda PCB
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I punti di progettazione del segnale LVDS sulla scheda PCB

I punti di progettazione del segnale LVDS sulla scheda PCB

2022-01-06
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Author:pcb

La progettazione del segnale LVDS sulla scheda PCB non è solo un segnale differenziale, ma anche un segnale digitale ad alta velocità. Pertanto, indipendentemente dal fatto che il mezzo di trasmissione LVDS utilizzi cavi o cavi per schede PCB, è necessario adottare misure per evitare che il segnale si rifletta sul terminale multimediale, e le interferenze elettriche devono essere ridotte per garantire l'integrità del segnale. Finché consideriamo questi elementi durante il cablaggio, progettare circuiti differenziali ad alta velocità non è molto difficile. Quanto segue presenta brevemente i punti di progettazione del segnale LVDS sulla scheda PCB: 2.1 Layout into a multistrat board Le schede con segnali LVDS sono generalmente disposte come una scheda multistrato. Poiché il segnale LVDS è un segnale ad alta velocità, lo strato adiacente dovrebbe essere uno strato di terra per proteggere il segnale LVDS per evitare interferenze. Per tavola a bassa densità, se le condizioni fisiche lo consentono, posizionare segnali LVDS e altri segnali su strati diversi. Per esempio, in a four-layer board, Gli strati di solitario possono essere disponibili come segue:, ground layer, power layer, and other signal layer. 2.2 Calcolo e controllo dell'impedenza del segnale LVDS. L'oscillazione di tensione del segnale LVDS è solo 350mV, adatto al funzionamento del segnale differenziale a corrente. Al fine di garantire che il segnale non sia influenzato dal segnale quando si propaga nella linea di trasmissione, il segnale LVDS richiede che l'impedenza della linea di trasmissione sia controllata, e l'impedenza differenziale è solitamente di 100 +/- 10Ω. La qualità del controllo dell'impedenza influisce direttamente sull'integrità e sul ritardo del segnale.

1. Come controllare l'impedenza della scheda PCB?

1.1 Determinare la modalità di cablaggio, calcolo dei parametri e dell'impedenza. LVDS è diviso in modo differenziale della linea microstrip dello strato esterno e modo differenziale della linea della striscia dello strato interno. L'impedenza può essere calcolata imponendo i parametri razionalmente e utilizzando software correlati. Attraverso il calcolo, il valore di impedenza è direttamente proporzionale allo spessore dello strato isolante, e inversamente proporzionale alla costante dielettrica, spessore e larghezza del filo.

1.2 Seguire il principio delle linee equidistanti parallele e dell'accoppiamento stretto. After determining the line width and spacing, Seguire rigorosamente la larghezza della linea calcolata e la spaziatura durante il routing, and the spacing between the two lines must always be kept constant, che è, they must be parallel (you can place the picture). Allo stesso tempo, il principio di accoppiamento stretto è osservato quando si calcola la larghezza e la spaziatura della linea, che è, the line spacing of the differential pair is less than or equal to the line width. Quando le due linee di segnale differenziali sono molto vicine, the current transmission direction is opposite, i campi magnetici si annullano a vicenda, the electric fields are coupled with each other, e la radiazione elettromagnetica è molto più piccola. Also, i due fili devono essere sullo stesso strato per evitare cablaggio stratificato. Because in the actual processing of the PCB board, il grado di laminazione tra le pile è molto inferiore alla precisione di incisione dello stesso strato, and the dielectric loss during the lamination process cannot guarantee that the distance between the differential lines is equal to the thickness of the interlayer dielectric, che causerà il cambiamento di impedenza differenziale della coppia differenziale tra strati.

1.3 Vai corto e dritto. In order to ensure the quality of the signal, la traccia differenziale della coppia LVDS deve essere il più breve e dritto possibile, ridurre il numero di vias nel cablaggio, and avoid too long differential pair wiring and too many turns. Prova a usare 45° o archi agli angoli. Avoid 90° turns. Non vi sono restrizioni sulla selezione dei metodi di routing delle coppie LVDS tra diverse coppie di linee differenziali. Microstrip line and strip line can be used, ma va notato che c'è un buon piano di riferimento. The spacing between different differential lines should not be too small, e dovrebbe essere almeno 3-5 volte la distanza tra le linee differenziali. If necessary, Aggiungere l'isolamento del foro di terra tra le diverse coppie di linee differenziali per prevenire il cross talk reciproco. Keep LVDS signals away from other signals as much as possible. I segnali differenziali LVDS non possono essere suddivisi tra piani. Although the two differential signals are return paths for each other, la segmentazione trasversale non interromperà il ritorno del segnale, but the transmission line across the segmentation will cause discontinuity in impedance due to the lack of a reference plane (as shown in the figure, where GND1 and GND2 are adjacent to LVDS Ground plane). The distance between the matching resistance of the receiving end and the receiving pin should be as close as possible. Allo stesso tempo, the accuracy of matching resistance must be controlled. Per topologia punto-punto, the impedance of the trace is usually controlled at 100Ω, ma la resistenza corrispondente può essere regolata in base alla situazione reale. The degree of resistance is 1%-2%. Perché secondo l'esperienza, 10% impedance mismatch will produce 5% reflection.

2. Simulation analysis of serial LVDS signal
The above analyzes the matters that must be paid attention to when designing LVDS signals. Anche se le regole di cui sopra sono generalmente seguite durante la progettazione PCB, in order to improve the correctness and accuracy of the design, la simulazione completa del segnale del PCB deve essere effettuata mediante simulazione. Obtain the signal's crosstalk, ritardo, reflection and eye pattern waveforms, in modo da raggiungere l'obiettivo di una corretta progettazione. The simulation process of signal integrity problem is to first establish the simulation model of the components, e quindi eseguire la pre-simulazione per determinare i parametri e i vincoli del processo di cablaggio. The physical realization stage is designed according to the constraints, e la post-simulazione è eseguita per verificare se il progetto soddisfa i requisiti di progettazione. The nature of the model in the entire process directly affects the results of the simulation, e i metodi di analisi della simulazione utilizzati nelle fasi pre-simulazione e post-simulazione sono anche critici per i risultati della simulazione, and a higher degree of spice model is used in this design. Di seguito è riportata una combinazione di progetti reali per illustrare il processo di implementazione della simulazione in questo progetto.

2.1 PCB board stack setting
From the above analysis, it is known that the stacking setting of the PCB board is closely related to the coupling of the signal and the impedance calculation. Therefore, the stacking design must be carried out before the PCB board design, e poi il calcolo dell'impedenza del segnale.

2.2 Set DC voltage value
This step is mainly to specify the DC voltage value for certain specific networks (usually power ground, ecc.), determine the DC voltage to be applied to the network, ed eseguire la simulazione EMI richiede la determinazione di uno o più pin sorgente di tensione. Le informazioni sulla tensione di riferimento utilizzate dal modello nel processo di simulazione sono descritte.

2.3 Device settings
During allegro simulation, allegro divides the devices into three categories: IC, connectors and discrete devices (resistance capacitors, etc.), Allegro assegnerà attributi di simulazione ai pin del dispositivo in base al tipo di dispositivo, Dispositivi discreti e pin del connettore L'attributo è UPSPEC, and the pin attribute of IC can be IN, OUT, BI, etc.

2.4 Model allocation
The main models used in the board-level high-speed PCB board simulation process are device models and transmission line models. The device model is generally provided by the device manufacturer. Nel segnale seriale ad alta velocità, what we adopt is the SPICE model with higher precision to carry on the simulation analysis. Il modello della linea di trasmissione è formato attraverso la modellazione software di simulazione. When the signal is being transmitted, la linea di trasmissione renderà il problema di integrità del segnale prominente, so the ability of the simulation software to model the transmission line directly affects the simulation result.

2.5 SI inspection
The SI Audit function is used to check whether a particular network or a group of networks can be extracted for analysis. Generalmente, it is to set the high-speed network that we need to pay attention to. Questo design si concentra principalmente sui segnali seriali LVDS.

2.6 Extract network topology
Extract the topological structure of the signal of interest from the PCB board, generally including the driving end and the receiving end, così come la linea di trasmissione e le relative resistenze e condensatori corrispondenti. Si può vedere dalla topologia che la rete passa attraverso quei percorsi, which will cause the signal transmission Influence. This article only takes the network topology diagram of one of the signals as an example: as shown in Figure 4:

2.7 Visualizza la forma d'onda

Dopo aver impostato i passaggi sopra correlati, la simulazione può essere eseguita. Allegro può eseguire simulazioni di riflessione del segnale e simulazioni crosstalk, e la linea differenziale deve anche eseguire l'analisi del diagramma oculare. Naturalmente, la simulazione è divisa anche in pre-simulazione e post-simulazione. Quando si utilizza allegro per progettare la scheda PCB, è necessario modificare il progetto in tempo reale con i risultati della simulazione per soddisfare i requisiti. Poiché il processo di simulazione è complicato e i passaggi sono ingombranti, non li descriverò uno per uno. Ci sono due punti a cui prestare attenzione nel cablaggio della coppia diversa. Uno è che la lunghezza delle due linee dovrebbe essere il più lunga possibile, e la lunghezza uguale è quella di garantire che i due segni differenti siano mantenuti opposti in ogni momento. Polarità per ridurre i componenti in modalità comune. L'altro è che la distanza tra le due linee (questa distanza è determinata dall'impedenza differenziale) deve essere sempre mantenuta costante, cioè deve essere mantenuto parallelo. Ci sono due vie parallele, Uno è che i due fili funzionano sullo stesso fianco a fianco, e l'altro è che i due fili corrono su due strati adiacenti sopra e sotto (sopra-sotto). Generalmente, il primo ha più implementazioni affini. L'equidistanza è principalmente per garantire la stessa impedenza differenziale tra i due e ridurre la riflessione. Il metodo di cablaggio della coppia differenziale dovrebbe essere vicino e parallelo opportuno. La cosiddetta prossimità appropriata è perché questa distanza influenzerà il valore dell'impedenza differenziale, che è un parametro importante per la progettazione di Coppie Differenziali. La necessità di parallelismo è anche di mantenere la coerenza dell'impedenza differenziale. Se le due linee sono improvvisamente lontane e vicine, l'impedenza diversa sarà incoerente, che influiscono sull'integrità del segnale e sul ritardo temporale. Dal grafico simulato S-parameter, l'impedenza differenziale della coppia differenziale e l'integrità del segnale possono essere analizzate. Le forme d'onda chiave di simulazione del segnale in questo disegno sono fornite di seguito per spiegazione. Si può vedere dalla leggenda della simulazione Figura 5 che l'indice di degradazione di S11 nel dominio di frequenza di 0-3.0GHz è: under -16.770db, and S22 (pink curve) is not worst than -17db. Ciò dimostra che l'impedenza differente della coppia differente è vicina all'indice di progettazione, e l'integrità del segnale è garantita.

3. Conclusione

Attraverso l'analisi di simulazione di cui sopra, si può sapere che i vari requisiti per i segnali LVDS ad alta velocità possono essere soddisfatti nella fase di progettazione della scheda PCB, e l'efficace produzione di schede PCB ha anche dimostrato la correzione del design. Il prodotto funziona stabilmente e soddisfa pienamente il PCI-Express richiede trasmissione dati ad alta velocità e alta affidabilità. Dall'analisi in questo articolo, si può vedere che nella progettazione di segnali seriali ad alta velocità, non solo il circuito design è considerato, anche la progettazione dello schema di bordo e l'analisi di simulazioni sono altri importanti, e man mano che la frequenza del segnale diventa sempre più grande, il ritardo e la conversazione incrinata del segnale sono influenzati. Fattori come l'integrità del segnale e l'integrità del segnale stanno diventando sempre più completi. Allo stesso tempo, diventa sempre più difficile controllare l'influenza di questi allevatori. Gli ingegneri devono analizzare accuratamente la progettazione del cablaggio, i modelli utilizzati, metodi efficaci di simulazione e analisi scientifica, al fine di fornire la corretta guida per la progettazione complessa della scheda PCB ad alta velocità e ridurre il ciclo di correzione per garantire il successo del progetto.