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PCB科技

PCB科技 - PCB科技的IBIS模型研究訊號問題

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PCB科技 - PCB科技的IBIS模型研究訊號問題

PCB科技的IBIS模型研究訊號問題

2021-10-22
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Author:Downs

關於數位輸入的使用/output buffer information specification (IBIS) simulation model in 這個 development phase of a printed circuit board (PCB). 本文介紹了如何使用IBIS模型選取信號完整性計算的一些重要變數,並確定 PCB設計 解决.

請注意,該選取值是IBIS模型的組成部分。

在傳輸線兩端觀察數位信號時出現信號完整性問題, 當訊號被驅動到 PCB跟踪. 如果距離相對較長, 電信號更像是行波,而不是暫態變化訊號. A good simulation of the behavior of waves on a circuit board is CHICHENGPO (waves in a pool). 因為兩組相同體積的水具有相同的“阻抗”, 漣漪平穩地穿過水池. 然而, 細胞壁阻抗差异明顯, 波會向相反的方向反射. 注入到 PCB跟踪 會有同樣的現象. 當阻抗不匹配時, 這種現象以類似的管道反映出來. 圖1顯示了端阻抗不匹配的PCB設備. 微控制器TI MSP430„„„„„„„„„„„„„„„„„132., 將轉換數據發送回MSP430. 圖2顯示了設備中阻抗不匹配引起的反射. 這些反射會導致傳輸線軌跡上的信號完整性問題.

電路板

允許PCB跟踪電阻在一端或兩端匹配可以大大减少反射。

f為了解决系統電阻和電阻匹配問題,設計者需要瞭解集成電路(IC)的阻抗特性和作為傳輸跡線的PCB跡線的阻抗特性。

瞭解這些功能後,設計者可以將每個連接單元建模為分佈式傳輸線。 輸電線路提供各種電路服務,從單端和差分終端設備到開漏輸出設備。 本文主要介紹單端傳輸線,其驅動器具有推挽輸出電路設計。

此外,需要以下IC引脚規格:

變送器輸出電阻ZT(Ω)

變送器上升時間tRise和下降時間tFall(秒)

接收器輸入電阻ZR(Ω)

接收器引脚電容值CR_引脚(F)這些規格通常不在IC製造商的產品手册中。

正如本文將討論的那樣,所有這些值都可以在PCB設計期間通過IC的IBIS模型獲得,並使用該模型類比PCB傳輸軌跡。

使用以下參數定義傳輸跟踪:

特性阻抗Z0(Ω)

傳播延遲D(ps/英寸)

跟踪傳播延遲tD(PS)

跟踪長度長度(英寸)根據具體的PCB設計,變數清單可能更長。 例如,PCB設計可以具有具有多個傳輸/接收點的背板。 3所有傳輸線佈線取決於特定的PCB。 通常,FR-4板的Z0範圍為50至75歐姆,D範圍為140至180ps/in。 Z0和D的實際值取決於實際傳輸軌道的資料和物理尺寸。

4特定電路板的線路傳播延遲可計算如下:TD=dx長度。

(1)對於FR-4板,線性線的合理傳播延遲(見圖4)為178 ps/in,特性阻抗為50歐姆。

通過量測軌跡的導線電感和電容,並將這些值插入以下公式中,我們可以在電路板上驗證此結果:CTR是導線速度跟踪線電容,組織為法拉/英寸; LTR是線路電感的組織/英寸; ps/inch是空氣的介電常數; ER是資料的介電常數。

例如,如果微波傳輸帶板線路電容器為2.6pF/inch,則線路電感為6.4nH/inch,D=129ps/inch,Z0=49.4Î)。

聚合電路和分佈式電路的比較定義傳輸線後,下一步是確定電路佈局是表示聚合系統還是分佈式系統。 通常,聚合系統的規模較小,分佈式電路需要更多的板空間。 小電路具有有效長度(長度),其訊號小於最快的電力特性。

要成為合格的聚合系統,PCB上的電路必須滿足以下要求:

(5)其中,tRise是以秒為組織的上升時間。 在PCB上實現聚合電路後,終止策略不是問題。

基本上,我們假設傳輸到傳輸線的驅動訊號立即到達接收器。

IBIS模型的數據組織結構基於IC的電源電壓範圍。 IBIS模型包括3角、六角或九角數據。 决定這些角度的變數是矽工藝1、電源電壓和結溫。 設備模型的特定過程/電壓/溫度(PVT)SPICE角對於創建準確的IBIS模型至關重要。 評級不同,矽工藝不同,創建的模型又弱又强。 設計者根據組件的功率要求定義電壓設定,並在額定值、最小值和最大值之間進行更改。

最後,根據元件的額定溫度範圍、額定功耗以及封裝結和環境熱阻,即ÎJA,確定元件矽結的溫度設定。 錶1提供了3個PVT變數的示例及其與TI的24比特生物電位量測ADC ADS129x系列CMOS工藝的關係。 這些變數用於實現六種SPICE類比。 第一次和第四次類比使用了額定過程模型、額定電源電壓和室溫下的結溫。 第二次和第五次類比都使用了弱過程模型、低電源電壓和高結溫。 第3次和第六次類比使用了强大的過程模型、更高的電源電壓和更低的結溫。

PVT值之間的關係映射了CMOS工藝的最佳角度。

查找和/或計算發射器規格。用於信號完整性評估的指定發射器規格包括輸出阻抗(ZT)和上升時間(分別為tRise和tFall)。 圖5顯示了TI ADS1296包ads129x。 ibs,其中列出了自IBIS模型檔案。 5用於生成阻抗的值顯示在[Pin]關鍵字下,該關鍵字也在緩衝模型中(未顯示)。

升壓時間位於IBIS模型數據清單的瞬態部分。 輸入和輸出引脚的阻抗任何訊號的引脚阻抗通過封裝電感和電容添加到模型阻抗中。 在圖5中,關鍵字“[組件]”、“[製造商]”和“[封裝]”描述了一個特定的封裝,即64針PBGA(ZXG)。 特定引脚的封裝電感和電容可以在“[引脚]”關鍵字下找到。 例如,在引脚5E處,可以找到訊號GPIO4、L\U引脚和C\U引脚值。

訊號和封裝的L_引脚(引脚電感)和C_引脚(引脚電容)值分別為1.4891 nH和0.28001 pF。 第二個重要的電容值是矽電容器,即C_comp。 C_comp值可在Ads129x的Model DIO_33清單中的“[Model]”關鍵字下找到。 ibs檔案(見圖6)。 該模型中的C_comp是DIO緩衝器的電容,其電源引脚電壓為3.3伏。 “|”符號表示注釋; 囙此,該清單的有效C_comp值為3.0727220e-12 F(典型值)、2.3187130e-12 F(最小值)和3.8529520e-12 F(最大值),PCB設計師可以從中選擇。

本文使用IBIS設計傳輸線,以端阻抗不匹配的PCB為起點進行討論。 之後,PCB工廠通過IBIS模型進行學習,發現了該傳輸問題的一些關鍵部件。 在這方面,應該有一個解决這個問題的辦法。

顯示終止校正策略並顯示校正後的波形. 如果要設計PCB傳輸線, 第一步是從 PCB產品 手册. 第二步是檢查IBIS模型,並找到一些無法從規範輸入中獲得的參數/輸出阻抗, 升壓時間, 和輸入/輸出電容. 進入硬體階段時, 我們需要使用IBIS模型來找到一些關鍵的產品規格,並類比最終設計.