PCB Blogu - Yüksek Hızlı Dijital PCB Tahtası Sinyal Integrity için Tasarım Yöntemi

Bu kağıt yüksek hızlı bir dijital sinyali için bir tasarım metodu tanıtıyor. PCB tahtası sinyal bütünlüğünün bilgisayar analizine dayanarak. Bu tasarım yönteminde, ilk olarak, sinyal gönderme modeli PCB tahtası tüm yüksek hızlı dijital sinyaller için düzey kurulacak, Sonra dizayn çözüm alanı sinyal integritesinin hesaplaması ve analizi ile bulunacak., ve PCB tahtası çözüm alanı temel olarak tamamlanacak. tasarlama ve doğrulama.

Tümleşik devrelerin çıkış değiştirme hızlarının arttığı ve PCB yoğunluğunun arttığı sürece sinyal integritesi yüksek hızlı dijital PCB tahtalarının tasarımında endişelenen sorunlardan biri oldu. Komponentlerin ve PCB tahtalarının parametreleri, PCB tahtasındaki komponentlerin düzenlemesi ve yüksek hızlı sinyallerin düzenlemesi sinyal integritet sorunlarına sebep olabilir, sistem operasyonuna sebep olabilir, ya da hiçbir işe yaramaz. PCB tasarım sürecinde sinyal integritet faktörünü nasıl tamamen düşüneceğiz ve etkili kontrol önlemlerini alıp bugün PCB tasarım endüstrisinde sıcak bir tema oldu. Yüksek hızlı dijital PCB tasarım yöntemi bilgisayar bütünlüğünün analizi üzerinde tabanlı sinyal bütünlüğünün PCB tasarımının sinyal bütünlüğünü etkili anlayabilir.

1. Signal Integrity Problemlerin Görüntü

Sinyal bütünlük (SI) bir devredeki doğru zamanlama ve voltajla cevap vermek için sinyal yeteneğini gösterir. Eğer devredeki sinyaller gerekli zamanlama, uzunluğu ve voltaj amplitosuyla IC'ye ulaşabilirse, devre iyi sinyal büyüklüğü vardır. Aynı şekilde, sinyal doğru cevap vermediğinde sinyal integritet sorunu oluyor. Çok açık konuşurken, sinyal integritet sorunları genellikle beş bölgede gösterilir: gecikme, yansıtma, karıştırma sesi, aynı zamanda değiştirme sesi (SSN) ve elektromagnet uyumluluğu (EMI). Bu gecikme, sinyalin PCB tahtasının kabloları üzerinde sınırlı hızla yayıldığını anlamına gelir. Sinyal gönderici tarafından alıcıya gönderildi ve aralarında bir gönderme gecikmesi var. Sinyalin geçirmesi sistemin zamanlama etkisi olacak. Yüksek hızlı dijital sistemlerinde, propagasyon gecikmesi genellikle kablo uzunluğuyla ve kablo çevresindeki ortamın dielektrik konstantiyle belirlenmiştir. Ayrıca, PCB'deki telin özelliğin in (yüksek hızlı dijital sistemdeki transmis çizgisinin adı) yük impedansı ile eşleşmediğinde, sinyal alınan sonuna ulaştıktan sonra, enerjinin bir parçası transmis çizgisinin boyunca refleks edilecek, sinyal dalga formunu bozuluyor ve hatta sinyal a şağıya çıkıp çekilmeyecek. Eğer sinyal yol hattına geri dönerse, çalar ve çalar neden olabilir. PCB'deki her iki cihaz ya da kablo arasında karşılaştırma kapasitesi ve karşılaştırma etkisi vardır. Bir cihaz ya da bir kablo değişikliklerinde sinyal olduğunda, değişiklikleri karşılaştırma kapasitesi ve karşılaştırma yoluyla diğer cihazlar ya da diğer cihazlar etkileyecek. kablo, bu karışık konuşma. Çapraz konuşmanın gücü aygıtların ve kabloların karışık uzağına bağlı.

PCB'deki birçok dijital sinyaller sinkron olarak değiştirildiğinde (CPU veri otobüsü, adres otobüsü, etc.....), elektrik hatta ve yeryüzündeki impedans yüzünden sinkron değiştirme sesi oluşturulacak ve yeryüzü uçağı yeryüzünde kaybolacak. Ses (yere kısayıldı). SSN ve toprak sıçramasının gücü de birleştirilmiş devreğin IO özelliklerine bağlı, elektrik teslimatının katmanına ve PCB toprak uçak katmanına bağlı, PCB'deki yüksek hızlı cihazlarının düzenlemesine ve düzenlemesine bağlı. Ayrıca, diğer elektronik aygıtlar gibi, PCB tahtaları da elektromagnetik uyumluluğu sorunları var. Bu, genellikle PCB tahtalarının düzenleme ve düzenleme metodlarına bağlı.

2. Tradisyonel PCB tahtası tasarlama method

Tradisyonel tasarım sürecinde, PCB tahtasının tasarımı devre tasarımı, dizaynı tasarımı, PCB tahtası üretimi, ölçüm ve hatalama gibi adımlardan oluşur. Etkileşimli analiz metodları ve sinyallerin gerçek PCB tabağındaki sinyal özelliklerinin göndermesi için devre tasarımında, devre tasarımı genellikle sadece komponent üreticilere, tekliflere ve geçmişte tasarım deneyimine göre gerçekleştirilebilir. Bu yüzden yeni tasarım projesi için genelde özel durumlara göre sinyal topoloji ve komponent parametrelerinin doğru seçimini yapmak zordur. PCB dizaynı aşamasında, PCB'nin komponent dizaynı ve sinyal rotasyonu gerçek zamanlı dizaynın kalitesi tasarımcının tecrübesine daha bağlı olduğu için sinyal performansı değişikliklerini analiz etmek ve değerlendirmek zordur. PCB tahtası üretim sahasında, her PCB tahtası ve komponent üreticilerinin işlemleri tam olarak aynı değildiğinden dolayı, PCB tahtasının ve komponentlerin parametreleri genelde büyük bir tolerans menzili vardır ve PCB tahtasının performansını kontrol etmek zorlaştırıyor. Tradisyonel PCB tahtası sürecinde, PCB tahtasının performansı üretim tamamlandıktan sonra araç ölçüsüyle yargılanabilir. PCB tahtasında bulunan sorunlar sıradaki PCB tahtası tasarımında değiştirilmeli. Ama daha zor olan şey, bazı sorunlar sık sık önceki devre tasarımı ve düzenleme tasarımının parametrelerini hesaplamak zordur. Bu yüzden daha karmaşık PCB tahtaları için, genellikle yukarıdaki süreç sonunda dizayn taleplerini yerine getirmek için çok kez tekrar etmek gerekir. Gelişmiş PCB kurulu tasarım metodları ile ürün geliştirme döngüsü uzun ve araştırma ve geliştirme maliyeti tamamen yüksek.

3. PCB tahta tasarım metodu sinyal bütünlük analizi üzerinde tabanlı

PCB tahta tasarımı süreci sinyal integritet bilgisayar analizi 2. Şekil olarak gösterilir. geleneksel PCB tahta tasarım yöntemi ile karşılaştırıldı, sinyal integritet analizi üzerinde tabanlı tasarım yöntemi belirtilen özellikleri vardır: PCB tahta tasarımından önce, yüksek hızlı dijital sinyal transmisinin sinyal integritet mode SI modeline göre, sinyal integritet sorunu üzerinde bir seri ön analiz yapılır ve devre tasarımının temel olarak uygun komponent tipleri, parametreler ve devre topolojisi simülasyon hesaplaması sonuçlarına göre seçildiler. Devre tasarımının sürecinde, tasarım tasarımı sinyal integritet analizi için SI modeline gönderilir, komponentler ve PCB tahta parametrelerinin tolerans menzili, PCB tahta tasarımının mümkün topoloji yapısı ve parametrelerin değişiklikleri ve diğer faktörler tasarımı hesaplamak ve analiz etmek için integral edilir. Şema çözüm alanı. Devre tasarımı tamamlandıktan sonra, her yüksek hızlı dijital sinyali sürekli ve ulaşılabilir çözüm alanı olmalı. Bu da, PCB tahtasının ve komponentlerin parametreleri belli bir menzil içinde değiştiğinde, PCB tahtasının komponentlerinin düzeni ve PCB tahtasının sinyal çizgilerinin düzenleme yöntemi belirli bir elaksiyeti vardır, sinyal integritesi hala garanti edilebilir. İhtiyacı var. PCB tahtasının dizaynı başlamadan önce, alınan her sinyal çözüm alanının sınır değeri PCB tahtasının dizaynı ve düzenleme için kullanılan dizayn tasarımın sınırlı durumu olarak kullanılır. PCB düzenleme tasarımı sürecinde, parça ya da tamamen tamamlanmış tasarım sonrası sinyal integritet analizi için SI modeline geri gönderildi. Gerçek tasarım tasarımının beklenen sinyal integritet ihtiyaçlarına uygun olup olmadığını doğrulamak için gerçek tasarım tasarımı. Simülasyon sonuçları ihtiyaçlarına uyuyamazsa, düzenleme tasarımı ya da devre tasarımı bile değiştirilmesi gerekiyor, yanlış tasarımı yüzünden ürün başarısızlığının riskini azaltabilir. PCB tahta tasarımı tamamlandıktan sonra, PCB tahta üretimi gerçekleştirilebilir. PCB üretim parametrelerinin tolerans menzili sinyal integritet analizinin çözüm alanında olmalı. PCB tahtası üretildikten sonra, SI modelinin ve SI analizinin doğruluğunu doğrulamak için ölçülemek ve hata ayıklamak için kullanılır ve bunu modelini düzeltmek için temel olarak kullanılır. Doğru SI modeli ve analiz metodlarına dayanarak PCB tahtası tasarımın ve üretimin tekrarlanan değişiklikleri olmadan veya sadece birkaç değişiklikleriyle tamamlanabilir, bu da ürün geliştirme döngüsünü kısayabilir ve geliştirme maliyetini azaltır.

4. Sinyal Integrity Analiz Modeli

PCB tahta tasarımı yönteminde sinyal integritet bilgisayar analizi tabanlı en önemli kısmı, geleneksel tasarım yönteminden farklı olan PCB tahta seviyesi sinyal integritet modelinin kuruluşudur. SI modelinin doğruluğu tasarımın doğruluğunu belirleyecek ve SI modelinin inşa edilebiliği bu tasarım metodunun uygulanabiliğini belirleyecek.

4.1. PCB tahta tasarımının SI modeli

PCB seviyesi sinyal integritet analizi için kullanılabilecek bir çeşit model var zaten. Aralarında genellikle kullanılan üç tane var, yani SPICE, IBIS ve Verilog-A.

a. SPICE modelii

SPICE güçlü bir genel amaçlı analog devre simülatörüdür. Şimdi SPICE modeli elektronik tasarımlarda geniş kullanıldı ve iki ana versiyonu oluşturdu: HSPICE ve PSPICE, HSPICE genellikle integral devre tasarımında kullanılır ve PSPICE genellikle PCB tahtası ve sistem seviyesi tasarımında kullanılır. SPICE modeli iki parçadan oluşur: Model Equations and Model Parameters. Model denklemler temin edildiğinden dolayı, SPICE modeli ve simulatörün algoritmi yakın bir bağlantı olabilir ve daha iyi analiz etkiliği ve analiz sonuçları alınabilir. SPICE modelini PCB tahta seviyesinde SI analizi yapmak için kullandığında, bütünleşmiş devre tasarımcıları ve üreticileri detaylı ve doğru SPICE modellerini, integral devre I/O birimlerinin altdevrelerini ve yarı yönetici özelliklerinin üretim parametrelerini tasarlayan SPICE modellerini sağlamak için gerekiyor. Bu materyaller genelde tasarımcılar ve üreticilerin intellektuel özelliğine ve gizliliğine ait olduğundan dolayı, sadece birkaç yarı yönetici üreticileri çip ürünleriyle birlikte uygun SPICE modellerini sağlayacak. SPICE modelinin analitik doğruluğu genellikle modelin parametrelerine bağlı (yani verilerin doğası) ve model denklemlerin uygulanabilir menziline bağlı. Model denklemler, çeşitli dijital simülatörlerle birleşince analizin doğruluğuna da etkileyebilir. Ayrıca, PCB tahta seviyesindeki SPICE modeli simülasyon hesaplaması relatively büyük ve analiz zamanlı kullanımıdır.

b. IBIS modelii

IBIS modeli ilk olarak PCB masaüstü ve sistem seviyesinde dijital sinyal integritet analizi için Intel Corporation tarafından geliştirildi. Şimdi IBIS A çık Forum tarafından yönetilmiş ve resmi endüstri standarti (EIA/ANSI 656-A). IBIS modeli I/V ve V/T masaların formunu dijital integral devre I/O hücrelerinin ve pinlerin özelliklerini tanımlamak için kullanır. Çünkü IBIS modeli, I/O hücresinin ve transistor üretim parametrelerinin iç tasarımını tarif etmesi gerekmiyor, yarı yönetici üreticileri tarafından hoşgeldiler ve desteklendiler. Bütün büyük dijital integral devre üreticileri şimdi elimizdeki IBIS modelini chip ile birlikte sunabilir. IBIS model in in analitik preciziti genellikle veri noktaların sayısına ve I/V ve V/T masalarındaki veri derecesine bağlı. Çünkü IBIS modelinin tabanlı PCB masa seviyesi simülasyonu, bakış masa hesaplamasını kabul ediyor, hesaplama miktarı küçük, genelde sadece 1/10 ile 1/100'e uygun SPICE modelinin.

c. Verilog-AMS modeli ve VHDL-AMS modeli

Verilog-AMS ve VHDL-AMS 4 yıldan az süredir ve yeni standartlar. Donanım davranışları seviyesi modelleme dilleri olarak Verilog-AMS ve VHDL-AMS Verilog ve VHDL'in süper setleri, Verilog-A Verilog-AMS'in altı setidir. SPICE ve IBIS modelleri farklı, AMS dilinde, komponentlerin davranışlarını tanımlayan denklemler yazmak kullanıcısına bağlı. IBIS modeli gibi, AMS modelleme dili birçok farklı tür simülasyon araçlarında kullanılabilecek bağımsız bir model format ıdır. AMS denklemleri de birçok farklı seviyede yazılabilir: transistor seviyesi, I/O hücre seviyesi, I/O hücre grubu, etc. Ancak, PCB seviyesi sinyal integritet analizinde AMS model in in olabileceği ve hesaplama doğruluğu SPICE ve IBIS modellerinden daha aşağı değil.

4. 2 Model seçimi

Bütün PCB seviyesi sinyal integritet analizi tamamlamak için, yüksek hızlı dijital PCB tahtalarının tasarımında, üst modelleri karıştırmak için anahtar sinyallerin ve sensor sinyallerinin transmisi modelini oluşturmak için gerekli. Mühendislik pasif aygıtlar için üretici tarafından verilen SPICE modeli arayabilir, ya da basitleştirilmiş SPICE modeli deneysel ölçüler üzerinden oluşturulabilir ve kullanılabilir. Kritik dijital integral devreler için üretici tarafından temin edilen IBIS modeli aramalı. Şu anda, çoğu IC tasarımcıları ve üreticileri, Web sitesi veya diğer yollarla birlikte gerekli IBIS modelini sağlayabilir. Eğer üreticisinin IBIS modeli alınamazsa, kritik olmayan integral devreler için, benzer ya da öntanımlı IBIS modeli de chip pinlerin fonksiyonuna göre seçilebilir. Tabii ki, deneysel ölçülerle de basitleştirilmiş bir IBIS modeli oluşturulabilir. PCB tabağındaki yayınlama hattı için, yayınlama hatının basitleştirilmiş SPICE modeli sinyal integritet ve çözüm uzay analizi ön analizinde kullanılabilir ve sıralama sonrası analizinde, yayınlama hatının tamamen SPICE modeli gerçek düzenleme tasarımına göre kullanılabilir.

5. EDA yazılımıyla tasarlama metodlarını birleştirmek

Şu anda, PCB kurulu tasarım endüstrisinde, yukarıdaki tasarım yöntemini tamamlamak için EDA yazılımı yok, bu yüzden bazı genel yazılım araçlarının birleşmesi ile anlanmalıdır. SPICE yazılımını (PSPICE, HSPICE, vb. gibi) PCB üzerinde diskretli, pasif aygıtlar ve yayılma hatlarını uygulamak için SPICE modellerini uygulamak için kullanın, hata ayıklamak ve doğrulamak için. SPECCTRAQuest, HyperLynxName, Tau, IS_Analyzer vb. gibi her komponentin SPICE/IBIS modelini ve yayınlama hatlarının genel sinyal integritet analiz yazılımına ekle ve sinyal integritet analizi analizi analiz hesaplamalarını yap. SI analiz yazılımının veritabanı fonksiyonunu kullan ya da ideal çözüm alanını aramak için simülasyon operasyonun sonuçlarını daha fazla düzenlemek ve analiz etmek için diğer genel veritabanı yazılımını kullan. PCB devre tasarımının temel olarak çözüm alanının sınır değerini ve dizaynın sınırlarını, OrCAD, Protel, PADS, PowerPCB, Allegro ve Mentor gibi genel PCB tasarımı için EDA yazılımı kullanılır. PCB tahtasının tasarımı tamamlandığında, gerçek tasarım devresinin (topoloji, uzunluğu, uzay, etc.) parametreleri yukarıdaki dizayn yazılımı aracılığıyla otomatik veya el olarak çıkarılabilir ve ön sinyal tamamlama analizi yazılımına geri gönderebilir. SI analizi, gerçek tasarımın çözüm alanının ihtiyaçlarına uyduğunu doğrulamak için. PCB tahtası üretildiğinde, her model ve simülasyon hesaplamasının doğruluğu deneysel aletin ölçülemesi ile de doğrulayabilir.

The tasarlama metodu has strong practical significance for ... tasarlama and development of high-speed digital PCB tahtasıs, which can not only effectively improve ... performance of product tasarlama, Fakat ürün geliştirme döngüsünü de çok kısa ve geliştirme maliyetlerini azaltır.. Sinyal integritet analizi modelinin sürekli geliştirilmesi ve geliştirilmesi ve hesaplama analizi algoritmi ile, ... PCB tahtası tasarlama metodu based on the signal integrity computer analysis will be more and more applied in the design of electronic products.