Hassas PCB İmalatı, Yüksek Frekanslı PCB, Yüksek Hızlı PCB, Standart PCB, Çok Katmanlı PCB ve PCB Montajı.
PCB Blogu
Yüksek Hızlı Dijital PCB Tahta Tasarımı için Sinyal Integrity Çözümler
PCB Blogu
Yüksek Hızlı Dijital PCB Tahta Tasarımı için Sinyal Integrity Çözümler

Yüksek Hızlı Dijital PCB Tahta Tasarımı için Sinyal Integrity Çözümler

2022-08-23
View:45
Author:pcb
p>Tümleşik devrelerin çıkış değiştirme hızının arttığı ve yoğunluğunun arttığı PCB tahtası, Sinyal Integrity yüksek hızlı dijital konusunda endişelenmeli olan sorunlardan biri oldu. PCB tasarımı. Komponentlerin ve PCB tahtasıs, ve bunların PCB tahtası , yüksek hızlı sinyal çizgilerinin ve diğer faktörler sinyal integritet sorunlarına sebep olacak.
Öyle mi? PCB düzeni, sinyal bütünlüğünün sinyal zamanlama veya voltaj etkilemeyen bir tahta düzenini vermesi gerekiyor., devre yolu için, sinyal bütünlüğünün sonlandırma komponentlerini sağlaması gerekiyor, yerleştirme stratejileri, ve yönlendirme bilgileri. Yüksek sinyal hızı PCB, Bitirme komponentlerinin yanlış yerleştirilmesi, ya da yüksek hızlı sinyallerin yanlış düzenlemesi sinyal integritet sorunlarına sebep olabilir, bu sistemin yanlış verileri çıkarmasını sağlayabilir, abnormalde çalışmak veya hiçbir şekilde çalışmıyor.. Tasarım sürecinde sinyal integritesinin faktörlerini ve etkili kontrol önlemlerini alırken sıcak bir tema olduklarını düşünüyoruz. PCB tasarım endüstri bugün.

1. Signal integrity issues
Good signal integrity means that the signal responds with the correct timing and voltage level values when needed. Geçersiz, sinyal doğru cevap vermediğinde sinyal integritet sorunu oluyor.. Sinyal bütünlük sorunları sinyal bozukluğuna sebep veya doğrudan yol açabilir., zamanlama hataları, yanlış veri, adres ve kontrol çizgileri, sistem kötü fonksiyonları, ve sistem çarpışmaları bile. Bir faktör kombinasyonu tarafından. IC'nin değiştirme hızı, Bitirme komponentlerinin yanlış yerleştirilmesi, ya da yüksek hızlı sinyallerin doğru yolculuğu tüm sinyal integritet sorunlarına sebep olabilir. Büyük sinyal bütünlük sorunları: gecikmeler, reflections, sinkron değiştirme sesi, oscillations, Yer sıçraması, crosstalk, etc.......

2. Definition of Signal Integrity
Signal integrity refers to the ability of the signal to respond with the correct timing and voltage in the circuit. Sinyalin hasar edilmediği bir durum.. Sinyal çizgisindeki sinyal kalitesini gösteriyor..

2.1 Delay
Delay means that the signal is transmitted at a limited speed on the wires of the PCB tahtası. Sinyal göndericiden alıcıya gönderildi., ve aralarında. Sinyalin geçirmesi sistemin zamanını etkileyecek., Ve propagasyon gecikmesi genellikle kabloların uzunluğuna ve kabloların çevresindeki ortamın dielektrik konstantlerine bağlı.. Hızlı bir dijital sisteminde, Sinyal aktarma çizginin uzunluğu saat pulusunun faz farklısını etkileyen doğrudan bir faktördür.. Saat pulusunun fırsatı aynı zamanda oluşturduğu iki saat sinyallerine benziyor., Sonuna ulaştıkları zaman eşitlenmiyor.. Saat puls fırsatı farkı sinyal kenarının geleceğini azaltır.. Eğer saat puls fazı farkı çok büyük olursa, yanlış bir sinyal alınan sonunda oluşturulacak. Şekil 1'de gösterildiği gibi, transmis hattı gecikmesi saat puls döngüsünün önemli bir parçası oldu..

2.2 Reflection
The reflection is the echo on the sub-transmission line. When the signal delay time (Delay) is much greater than the signal transition time (Transition Time), sinyal çizgi bir yayın çizgi olarak kullanılmalı. Transfer çizgisinin özellikleri engellediğinde yük impedansı ile eşleşmiyor., part of the signal power (voltage or current) is transmitted to the line and reaches the load, ama bunun bir parçası. Eğer yük impedansı orijinal impedansından daha küçük olursa, yansıtma negatifdir; otherwise, refleks pozitif.. İzleme geometrisinde değişiklikler, yanlış kablo bitirmesi, bağlantılarla iletişim, ve güç uçağı kesilmesi tüm bunları.

2.3 SSN
When many digital signals on the PCB are switched synchronously (such as the data bus of the CPU, adres otobüsü, etc.), güç çizgisinde ve yeryüzü çizgisinde, sinkron değiştirme sesi oluşturulacak, Yer uçağı yere düşecek.. Noise (Yer sıçraması). SSN ve toprak sıçramasının gücü de benim için bağlı./Tümleşik devreyi özellikleri, güç sağlama katmanının ve uçak katmanının PCB, ve yüksek hızlı aygıtlarının PCB.

2.4 Crosstalk
Crosstalk is the coupling between two signal lines, ve sinyal çizgilerin arasındaki karşılaştırma ve karşılaştırma kapasitesi çizgisinde sesi yaratır.. Capacitive coupling induces coupling current, Etkileyici bir bağlantı voltajı birleştirmesine neden olur.. Çapraz sesi sinyal hatlarının arasındaki elektromagnet bağlantısından oluşturur., sinyal sistemleri ve güç dağıtım sistemleri arasında, and between vias. Crosstalk'ın yanlış saatlerini neden olabilir, veri hatalarını araştıran, etc., yakın sinyallerin gönderme kalitesini etkileyip. Aslında..., Düzgün rüzgârları tamamen yok etmemiz gerekmiyor., sistemin dayanabileceği menzil içinde kontrol edildiği sürece,. Parametreler PCB katı, sinyal çizgilerin arasındaki mesafe, sürücü sonun elektrik özellikleri ve alıcı sonun, ve temel çizgi sonlandırma yöntemi, hepsi kısıtlık konuşması üzerinde belli bir etkisi var..

2.5 Overshoot and Undershoot
Overshoot is a peak or valley value exceeding the set voltage, Yükselen kenarlarına, elektrik, ve düşmek için, elektrik. Undershoot is when the next valley or peak exceeds the set voltage. Çok fazla aşaması koruma diodunun çalışmasına neden olabilir., bunun önceden başarısız olmasını. Excessive undershoot can cause spurious clock or data errors (misoperations).

2.6 Ringing and Rounding
Oscillation is the repeated overshoot and undershoot. Sinyal oscillasyonu çizgisindeki değişiklik etkinliğinin ve kapasitesinin sebebi olan oscillasyondur., Bu, lanet olası devletine ait., etraftaki oscilasyon, mahvolmuş durumda. Oscillation ve surrounding oscillations, yansıtmalar gibi, are caused by many factors, ve oscillations düzgün sonlandırma ile, ama tamamen yok edilemez.

2.7 Ground bounce noise and return noise
When there is a large current surge in the circuit, Yer uçağı sesi çıkaracak.. Örneğin, büyük bir sayı çipinin çıkışları aynı zamanda a çıldığında,, Büyük geçici bir akışın çip ve tahta güç uça ğından geçecek., Çip paketi ve güç teslimatı Uçakların incelenmesi ve dirençliği güç teslimatının sesini sağlar., which creates voltage fluctuations and changes in the true ground plane (OV), diğer komponentlerin davranışlarını etkileyebilir. Yükleme kapasitesinin artması, yük direksiyonun azalması, toprak etkisinin arttığı, Ve değiştirme aygıtlarının sayısını arttırmak, hepsi yeryüzünün sıçramasını arttıracak.. Due to the division of the ground plane (including power supply and ground), for example, Yer uçağı dijital topraklara bölünmüştür., analog toprak, Kalkan yeri, etc., dijital sinyal analog toprak alanına gittiğinde, Yer uçağı geri dönüş sesi oluşturulacak. Aynı şekilde., Güç uçakları da 2'e bölebilir..5 V, 3.3 V, 5 V, etc. Bu yüzden..., çoklu voltaj içinde PCB tasarımı, yeryüzüne dönüp gürültüsünün özel dikkatine ihtiyacı var..

3. Signal integrity solutions
The signal integrity problem is not caused by a single factor, ama tahta seviyesindeki bir faktör kombinasyonu tarafından. Ana sinyal bütünlük sorunları yansıtmayı içeriyor., ringing, ground bounce, crosstalk, etc. Bu olaylar genellikle karışık konuşmayı ve yansıtmayı tanıtıyor..

3.1 Crosstalk Analysis
Crosstalk refers to the undesired voltage noise interference on adjacent transmission lines due to electromagnetic coupling when a signal propagates on a transmission line. Çok fazla karışık konuşma devreyi yanlış tetikleyebilir., sistemin doğru çalışmadığı. Çapraz konuşmanın boyutu çizgi uzanımla tersiyle proporsyonal olduğundan beri, bu çizginin paralel uzunluğuna. Konuşma devre yükü ile farklı.. Aynı topoloji ve düzenleme için, yükü daha büyük, daha büyük. Çapraz konuşması sinyal frekanslarına uygun.. Dijital devrelerde, sinyalin kırmızı değişikliği kırmızı konuşmayı etkiler. The faster the edge changes, daha büyük.

Yukarıdaki konuşma özelliklerine göre, it can be summarized into the following methods to reduce crosstalk:
1) Reduce the transition rate of the signal edge if possible. Aygıtları seçirken, tasarım belirtileriyle karşılaşırken yavaş aygıtları seçmeye çalışın, ve farklı tür sinyaller karıştırmaktan, because fast-changing signals have potential crosstalk danger to slow-changing signals.
2) The crosstalk generated by capacitive coupling and inductive coupling increases with the increase of the load impedance of the interfered line, bu yüzden yükünü azaltmak bağlantı etkisini azaltır.
3) When the wiring conditions permit, yakın iletişim hatları arasındaki paralel uzunluğu azaltmayı deneyin veya olabilecek kapasitet bağlama kabloları arasındaki uzağını arttırmayı deneyin, such as using the 3W principle (the distance between traces must be a single trace width) 3 times or the distance between two traces must be greater than 2 times the width of a single trace). Daha etkili bir yaklaşım, yöneticileri yerel kablo ile ayırmak.
4) Inserting a ground wire between adjacent signal wires can also effectively reduce capacitive crosstalk. Bu toprak kablosu her 1 yere bağlanmalı./4 dalga uzunluğu.
5) It is difficult to suppress inductive coupling. Mümkün olduğunca döngü sayısını azaltmak gerekiyor., döngü alanını azaltır, ve sinyal döngüleri için aynı kablo bölümünü paylaşmaktan kaçın.
6) The signal layer traces of two adjacent layers should be vertical, ve paralel izler katlar arasındaki karışık konuşmayı azaltmak için mümkün olduğunca kaçınmalıdır..
7) The surface layer has only one reference layer, Yüzey katı sürücüsünün birleşmesi orta katından daha güçlü.. Bu yüzden..., karışık konuşmaya daha hassas olan sinyaller iç katta olabildiğince.
8) Through termination, iletişim hatının uzak ve yakın sonları ve terminal impedansı iletişim hatıyla uyuşuyor., Çift konuşması ve yansıtma müdahalesini.

3.2 Reflection Analysis
When the signal propagates on the transmission line, İmparans değişimleri karşılaştığı sürece,, reflection will occur. The main method to solve the reflection problem is to perform terminal impedance matching.

1) Typical Transmission Line Termination Strategy
In high-speed digital systems, iletişim çizgisindeki impedans eşleşmesi sinyal etkilenmesine sebep olur.. Refleksiyonu azaltma ve yok etme yöntemi, yayılma sonunda veya ulaşıma sonuna uyuşturucu terminal impedance yapılmasıdır., Kaynak refleksiyonun koefitörlüğü veya yük refleksiyonun koefitörlüğü O'dur.. The length of the transmission line meets the following conditions and should use termination technology: L>tr/2tpd. In the formula, L, iletişim hatının uzunluğudur; tr kaynak sinyalinin yükselmesi zamanıdır; tpd, bir birim uzunluğunda yük gönderme gecikmesidir.. İki strateji genelde yayınlama hatlarını bitirmek için kabul edilir: yayınlama hatının impedansı ile yük impedansı ile uyuşuyor., Bu,, paralel sonlandırma; ve kaynaklı impedans ile iletişim çizgisinin impedansı ile uyuşuyor., Bu,, serial termination.
2) Parallel sonlandırma
PArallel sonlandırma, en önemli olarak terminal'ın impedans eşleşmesini sağlamak için yük sonuna yakın kadar çekilme veya indirme impedansını bağlamak..
3) Serial termination
Serial termination is achieved by inserting a resistor into the transmission line in series as close to the source as possible. Seri sonlandırma sinyal kaynağının engellemesine uyuyor.. The resistance of the inserted serial resistor plus the output impedance of the drive source should be Greater than or equal to the transmission line impedance. This strategy suppresses the signal reflected back from the load by making the reflection coefficient at the source end (the load end inputs high impedance and does not absorb energy) and then reflects back from the source end to the load end.

3.2.Farklı bir teknolojinin sonlandırma teknolojisi Process Devices
The technical solutions of impedance matching and termination vary with the interconnection length and the series of logic devices in the circuit. Sadece özel durumlar için doğru ve uygun sonlandırma yöntemini kullanarak sinyal refleksiyonlarını etkili olarak azaltır.. Genelde konuşuyor., CMOS süreç kaynağı için, Çıkış impedans değeri gönderme hatının impedans değerine yaklaştı., CMOS aygıtları için seri sonlandırma teknolojisini kullanarak daha iyi sonuçlar elde edecek; TTL süreci kaynağı çıkış impedansı, mantıklı yüksek ve düşük seviye çıkarken farklıdır.. At this time, paralel Thevenin sonlandırma tasarını kullanmak daha iyi bir stratejidir; ECL aygıtları genellikle çok düşük çıkış impedansı var., Bu yüzden ECL devresi enerji absorbasyon için ECL devreğinin sonunda çekilmesine karşı çıkarmak için. Üniversitel sonlandırma teknolojisi. Elbette., yukarıdaki yöntem aynı değildir.. Özel devrelerde farklılıklar, Ağ topoloji seçimi, Kabul edilen sonunda yük sayısı, sonlandırma stratejisine etkileyebilecek tüm faktörler. Bu yüzden..., yüksek hızlı devrelerde devre sonlandırma tasarımı uyguladığında, özel durumun. en iyi sonlandırma etkisini elde etmek için uygun sonlandırma tasarımı seçmek için.

4. Signal integrity analysis and modeling
Reasonable circuit modeling and simulation is a common solution to signal integrity. Yüksek hızlı devre tasarımında, Simülasyon analizi yüksekliklerini gösteriyor.. Tasarımcılara doğru ve intuitive tasarım sonuçlarını sağlıyor., sorunların ve zamanlı yenilemelerin erken keşfetmesi için uygun, bu yüzden tasarım zamanı kısa ve tasarım maliyetlerini azaltmak. There are three commonly used models: SPICE modelii, IBIS modeli, Verilog- A modeli. SPICE güçlü bir genel amaçlı analog devre simülatörüdür.. İki parçadan oluşur: Model Equation and Model Parametreunit synonyms for matching user input. Model denklemler verildiğinden beri, the SPICE modeli simülatörün algoritmi ile yakın bir bağlantı olabilir, ve daha iyi analiz etkisizliği ve analiz sonuçları elde edilebilir; IBIS modeli özellikle dijital sinyal integritesi için kullanılır. PCB tahtası seviye ve sistem seviyesi. Analiz modeli. Bu benim şeklini kullanıyor./V ve V/Dijital integral devre I'nin özelliklerini tanımlamak için T masaları/O birimler ve pinler. IBIS model in in analizi genellikle 1'deki veri noktaların sayısına ve veri derecesine bağlı./V ve V/T masaları. S ile karşılaştı.PICE model, IBIS modeli sayısal olarak küçük. Bunun PCB tahtası İyi sinyal bütünlüğü var., bir çeşit etkileyici faktörleri, mantıklı düzenleme ve düzenleme, ürün performansını geliştirmek için.