Informație

Simulare a integrității semnalului PCB

Simulare a integrității semnalului PCB


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Integritatea semnalului devine un element din ce în ce mai important în proiectarea circuitelor și a PCB-urilor. Pe măsură ce cresc frecvențele utilizate în circuitele digitale, chiar și conexiunile relativ scurte acționează ca linii de transmisie și au un efect al integrității semnalelor purtate. Semnalele care altfel ar putea fi considerate pur digitale sunt modificate prin efecte despre care se poate considera că se aplică domeniului analog. Aceste efecte pot face ca circuitele să nu funcționeze și, prin urmare, integritatea semnalului este acum o problemă majoră pentru orice proiectare a circuitului.

Având în vedere importanța integrității semnalului în oricare dintre proiectele de procesor de mare viteză de astăzi, este necesar să se încorporeze simulări de proiectare și verificări în timpul procesului de proiectare și dispunere a PCB. Plăcile de circuite trebuie efectiv să fie supuse ingineriei integrității semnalului. Dacă nu se realizează în timpul proiectării, atunci se poate face puțin după ce a fost construită o placă completată. Având în vedere acest lucru, pachetele software de top pentru proiectarea PCB încorporează opțiuni pentru includerea software-ului de inginerie și verificare a integrității semnalului și acest lucru va permite efectuarea verificărilor pe măsură ce proiectul continuă. În acest fel, aspectul PCB-ului poate fi optimizat pentru a se asigura că integritatea semnalului este corect concepută și problemele care apar odată ce PCB-ul finit este disponibil pentru testul său vor fi reduse la minimum.

Probleme de integritate a semnalului

Există patru domenii principale de proiectare și dispunere a circuitelor care trebuie luate în considerare pentru a se asigura că integritatea semnalului unei plăci sau a unui circuit este menținută:

  • Efecte pe linia de transmisie
  • Potrivirea impedanței
  • Efecte de comutare simultane
  • Crosstalk

Pentru a vă asigura că integritatea semnalului este menținută, toate problemele trebuie abordate pentru a vă asigura că semnalul nu este distorsionat în niciun fel și că datele sunt corupte. În acest fel, sistemul este capabil să funcționeze în mod satisfăcător, fără erori și la viteza necesară.

Efecte pe linia de transmisie

La frecvențe joase, o lungime a pistei poate fi considerată pur prin caracteristicile sale DC. Cu toate acestea, pe măsură ce frecvențele cresc, efectele, inclusiv capacitatea și inductanța asociate pistei, încep să aibă un impact semnificativ asupra performanței liniei. În consecință, este necesar să se considere căile ca linii de transmisie și să le trateze în consecință, luând în considerare aspecte precum impedanța liniei.

Ca rezultat, este necesar să ne asigurăm că linia menține aceeași impedanță caracteristică de-a lungul lungimii liniei, altfel vor fi introduse discontinuități. Acest lucru poate duce la crearea de reflecții ale semnalului care pot da naștere la sunete și integritate slabă a semnalului.

Pentru a vă asigura că liniile de transmisie sunt tratate corect. Mai întâi este necesar ca liniile să aibă un plan de masă sub ele. De asemenea, este necesar să se calculeze impedanța liniei. Aceasta se determină dintr-o combinație a grosimii liniei, distanței dintre linie și planul de masă și constanta dielectrică a plăcii. Dacă se poate întâmpla atât de des, linia trebuie să traverseze straturile și, prin urmare, distanța dintre linie și planul solului se schimbă. Va fi necesar să vă asigurați că impedanța liniei rămâne aceeași, posibil prin schimbarea grosimii liniei.

Potrivirea impedanței

Având în vedere faptul că liniile de pe PCB acționează mai mult ca liniile de transmisie pe măsură ce frecvențele cresc, la fel este de asemenea necesar să se ia în considerare modul în care impedanțele trebuie să fie potrivite pentru a asigura o bună integritate a semnalului. Când există o nepotrivire între linie și sarcină, nu toată energia formei de undă este absorbită de sarcină. Ceea ce nu este absorbit este reflectat înapoi de-a lungul liniei unde poate să nu fie din nou absorbit dacă există o nepotrivire între emițător și linie. Acest lucru poate provoca depășiri și sunete, ceea ce duce la o integritate slabă a semnalului și poate da naștere la erori de semnal. Multe ieșiri de drivere și receptoare care au impedanțe de intrare și ieșire adecvate. În cazul în care acest lucru nu este posibil, să spunem între linia de transmisie și receptor, este posibil să puneți o rezistență la sol. În acest fel, combinația paralelă a receptorului de linie și a rezistorului poate egala impedanța liniei.

Având în vedere viteza mare implicată și lungimea unor linii, capacitatea de acționare a driverelor trebuie să fie mai mare decât unele jetoane „numai logice” și ar trebui utilizate driverele de linie speciale. Aceștia vor putea furniza curentul necesar pentru a conduce corect liniile.

În unele aplicații, poate fi posibil să adăugați diode de prindere pentru a reduce nivelul de depășire și depășire și, în acest fel, menține nivelurile de integritate a semnalului. Cu toate acestea, ori de câte ori este posibil, este mult mai bine să vă asigurați că se obține o potrivire adecvată.

Efecte de comutare simultane

Un efect care poate perturba integritatea semnalului pe o placă de circuit apare atunci când mai multe linii de ieșire sunt comutate simultan. Deoarece încărcarea stocată pe ieșiri trebuie descărcată, acest lucru dă naștere la niveluri ridicate de curenți tranzitori. În timp ce nivelurile tranzitorilor sunt în mod normal adecvate pentru schimbarea ieșirilor unice, dacă mai multe linii sunt comutate simultan, în special pe același cip, curenții tranzitori sunt mai mari și acest lucru poate da naștere la probleme. Probleme cu integritatea semnalului apar deoarece apare o tensiune între masa dispozitivului și masa masă a plăcii. Dacă solul cipului crește suficient, poate provoca depășirea nivelurilor de comutare a semnalului, provocând astfel comutarea falsă.

Pentru a depăși această problemă există o serie de măsuri care pot fi încorporate. Una este asigurarea faptului că nu are loc comutarea simultană, dar acest lucru nu este întotdeauna posibil, mai ales atunci când circuitele sunt acționate într-o manieră sincronă. O împământare bună este esențială: trebuie utilizat un plan de masă pentru a asigura o revenire la sol cu ​​rezistență scăzută. În plus, o decuplare suficientă direct pe cip poate ajuta la unele dintre efectele asociate.

Crosstalk

Acest aspect al integrității semnalului apare din faptul că semnalele care apar pe o linie apar pe liniile din apropiere. Acest lucru poate duce la apariția de vârfuri false și a altor semnale pe liniile din apropiere. Acest lucru poate provoca date eronate sau impulsuri de ceas, iar acestea pot fi foarte greu de depistat în anumite circumstanțe. Integritatea slabă a semnalului din diafragmă apare din două cauze, și anume inductanța reciprocă și capacitatea reciprocă.

Inductanța reciprocă este efectul utilizat în transformatoare. Se naște din faptul că un curent dintr-o singură pistă configurează un câmp magnetic. Modificările din acest câmp induc apoi un curent într-o pistă din apropiere.

Capacitatea reciprocă apare ca rezultat al cuplării câmpurilor electrice între două piste. O tensiune care apare pe o pistă creează un câmp electric care se poate cupla la o a doua linie. Schimbarea tensiunilor, în special a muchiilor rapide, poate duce la apariția unor muchii similare pe liniile din apropiere.

Există mai multe tehnici care pot fi utilizate pentru a depăși aceste efecte. Deoarece integritatea slabă a semnalului din diafragmă provine din inductanță și capacitate reciprocă, soluțiile implică luarea de măsuri pentru a le reduce. Acest lucru poate fi realizat în mai multe moduri, aranjând aspectul în mod corespunzător. Rutare ar trebui să evite liniile care rulează paralel una cu alta. Dacă liniile trebuie să se încrucișeze, acest lucru ar trebui realizat în unghi drept și folosind straturi cât mai îndepărtate posibil. Distanța dintre linii ar trebui să fie cât mai mare posibil, iar pentru a reduce capacitatea reciprocă, liniile ar trebui să fie cât mai subțiri. În cele din urmă, acolo unde se folosesc liniile de transmisie, acestea ar trebui să fie cât mai aproape de planul de sol. Acest lucru va reduce cuplarea la alte linii din apropiere.

Idei suplimentare

Există o serie de alte idei care pot fi implementate pentru a ajuta la menținerea unor niveluri bune de integritate a semnalului. Un domeniu căruia trebuie să i se acorde o atenție deosebită este circuitul de ceasornic. Deoarece generează un impuls de ceas regulat, acest lucru poate crea un zgomot de fond dacă măsurile de integritate a semnalului nu sunt încorporate. În consecință, este necesar să se asigure că sunt puse în aplicare măsuri de reducere a diafragmei pe liniile de ceas. În special, liniile de semnal ar trebui ținute departe de liniile de ceas și nu ar trebui direcționate una sub cealaltă. Dacă este necesar, atunci solul sau planul de pământ ar trebui să fie între ele. Pentru a asigura integritatea semnalului, este, de asemenea, necesar să vă asigurați că liniile sunt bine potrivite, astfel încât să se împiedice soneria. Acest lucru poate adăuga vârfuri suplimentare care pot fi transmise în jurul circuitului.

O altă metodă de îmbunătățire a integrității semnalului este de a vă asigura că toate cipurile sunt decuplate în mod adecvat. O decuplare slabă se va adăuga la zgomotul prezent pe circuite și acest lucru poate afecta integritatea semnalului. Fiecare cip trebuie decuplat în conformitate cu liniile directoare ale producătorilor. Condensatoarele de decuplare ar trebui, de asemenea, să fie așezate cât mai aproape de cipuri.

Ingineria integrității semnalului este acum o parte integrantă și esențială a procesului de proiectare a plăcilor cu circuite imprimate. Cu viteza mare utilizată în multe dintre circuitele actuale, nu mai este posibil să proiectăm circuitul de bază izolat de PCB. În schimb, proiectarea PCB trebuie să facă parte din proiectarea electrică generală. Atunci când se adoptă această abordare, atunci posibilitatea apariției unor probleme care decurg din integritatea slabă a semnalului va fi redusă la minimum.


Priveste filmarea: How PCB is Made in China - PCBWay - Factory Tour (Mai 2022).