Інформація

Моделювання цілісності сигналу друкованої плати

Моделювання цілісності сигналу друкованої плати


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.

Цілісність сигналу стає все більш важливим елементом конструкції схеми та друкованої плати. Коли частоти, що використовуються в цифрових схемах, зростають, навіть порівняно короткі з'єднання виконують роль ліній передачі, і вони впливають на цілісність переданих сигналів. Сигнали, які в іншому випадку можуть розглядатися як суто цифрові, модифікуються ефектами, які можна вважати застосовними до аналогового домену. Ці ефекти можуть призвести до того, що схеми не працюватимуть, і, відповідно, цілісність сигналу зараз є головною проблемою для будь-якої конструкції схеми.

З огляду на важливість цілісності сигналу в будь-якій сучасній конструкції високошвидкісного процесора, необхідно включати моделювання дизайну та перевірки в процесі проектування та компонування друкованої плати. Друковані плати ефективно повинні пройти інженерію цілісності сигналів. Якщо це не виконано в ході проектування, то мало що можна зробити, як тільки буде побудована завершена дошка. З огляду на це, верхні програмні пакети для проектування друкованих плат включають варіанти включення інженерії цілісності сигналів та програмного забезпечення для перевірки, і це дозволить проводити перевірки в процесі проектування. Таким чином компонування друкованої плати може бути оптимізовано для забезпечення правильної розробки цілісності сигналу та мінімізації проблем, що виникають після того, як готову друковану плату можна буде перевірити.

Проблеми з цілісністю сигналу

Існує чотири основні області проектування та компонування схеми, які слід враховувати, щоб забезпечити збереження цілісності сигналу плати або схеми:

  • Ефекти лінії електропередачі
  • Відповідність імпедансу
  • Ефекти одночасного перемикання
  • Перехресні перешкоди

Щоб забезпечити збереження цілісності сигналу, необхідно вирішити всі проблеми, щоб переконатись, що сигнал жодним чином не спотворений і дані пошкоджені. Таким чином, система може задовільно працювати без помилок і з необхідною швидкістю.

Ефекти лінії електропередачі

На низьких частотах довжина колії може розглядатися виключно за її характеристиками постійного струму. Однак, коли частоти зростають, ефекти, включаючи ємність та індуктивність, пов'язані з доріжкою, починають мати значний вплив на продуктивність лінії. Відповідно, слід розглядати колії як лінії електропередачі і відповідно поводитися з ними, дивлячись на такі аспекти, як імпеданс лінії.

У результаті необхідно забезпечити, щоб лінія підтримувала однаковий характеристичний імпеданс по довжині лінії, інакше будуть введені розриви. Це може призвести до створення відбиття сигналу, що може спричинити дзвінок та погіршити цілісність сигналу.

Для того, щоб забезпечити належне поводження з лініями електропередачі. Спочатку необхідно, щоб лінії мали під собою площину землі. Також необхідно розрахувати імпеданс лінії. Це визначається на основі комбінації товщини лінії, відстані між лінією та площиною заземлення та діелектричної проникності плати. Якщо це може траплятися часто, лінія повинна проходити між шарами, і тому відстань між лінією та площиною землі змінюється. Потрібно забезпечити незмінність імпедансу лінії, можливо, змінивши товщину лінії.

Відповідність імпедансу

З огляду на той факт, що лінії на друкованих платах по мірі збільшення частот діють більше як лінії передачі, тому також необхідно враховувати спосіб узгодження імпедансів, щоб забезпечити хорошу цілісність сигналу. Коли виникає невідповідність між лінією та навантаженням, не вся енергія сигналу поглинається навантаженням. Те, що не поглинається, відображається назад уздовж лінії, де воно може знову не поглинатися, якщо існує невідповідність передавача та лінії. Це може спричинити перевищення та дзвінок, що призводить до погіршення цілісності сигналу та породження помилок сигналу. Щоб подолати цю проблему, необхідно узгодити лінію передачі з драйверами ліній або передавачами та приймачами лінії. Багато драйверів і приймачів виходів, що мають відповідні вхідні та вихідні імпеданси. Якщо це неможливо, скажімо між лінією передачі та приймачем, можна поставити резистор на землю. Таким чином, паралельна комбінація лінійного приймача і резистора може дорівнювати лінійному імпедансу.

Зважаючи на високі швидкості та довжину деяких ліній, здатність драйверів драйверів повинна бути вищою, ніж деякі чіпи, що мають лише "логіку", і слід використовувати спеціальні лінійні драйвери. Вони зможуть подавати струм, необхідний для правильного керування лініями.

У деяких додатках може бути можливо додати затискні діоди, щоб зменшити рівень перевитрати та недооцінки, і таким чином підтримувати рівні цілісності сигналу. Однак, де це можливо, набагато краще забезпечити належне узгодження.

Ефекти одночасного перемикання

Один ефект, який може порушити цілісність сигналу на друкованій платі, виникає, коли одночасно перемикаються кілька вихідних ліній. Оскільки накопичений заряд на виходах потрібно розряджати, це породжує високі рівні перехідних струмів. Хоча рівні перехідних процесів зазвичай достатні для зміни окремих виходів, якщо кілька ліній перемикаються одночасно, особливо на одному і тому ж мікросхемі, перехідні струми більші, і це може спричинити проблеми. Проблеми з цілісністю сигналу виникають через те, що між землею пристрою та землею плати виникає напруга. Якщо заземлення мікросхеми піднімається в достатній мірі, це може призвести до перевищення рівнів перемикання сигналу, що призведе до помилкових перемикань.

Для подолання цієї проблеми існує низка заходів, які можна включити. Одним з них є забезпечення одночасного перемикання, але це не завжди можливо, особливо коли схеми працюють синхронно. Важливе хороше заземлення: для забезпечення низького опору повернення ґрунту необхідно використовувати заземлювач. Крім того, достатня розв’язка безпосередньо через мікросхему може допомогти з деякими пов’язаними ефектами.

Перехресні перешкоди

Цей аспект цілісності сигналу виникає внаслідок того, що сигнали, що з'являються на одній лінії, з'являються на сусідніх лініях. Це може призвести до помилкових спайків та інших сигналів, що з'являються на сусідніх лініях. Це може спричинити появу помилкових даних або тактових імпульсів, і в деяких випадках їх дуже важко відстежити. Погана цілісність сигналу від перехресних перешкод виникає з двох причин, а саме взаємної індуктивності та взаємної ємності.

Взаємна індуктивність - це ефект, який використовується в трансформаторах. Це виникає з того, що струм в одній доріжці створює магнітне поле. Потім зміни в цьому полі індукують струм у сусідній доріжці.

Взаємна ємнісна виникає в результаті зчеплення електричних полів між двома коліями. Напруга, що з'являється на одній доріжці, створює електричне поле, яке може з'єднуватися з другою лінією. Зміна напруги, особливо швидкі краї можуть призвести до появи подібних країв на сусідніх лініях.

Є кілька методів, які можна використовувати для подолання цих ефектів. Оскільки погана цілісність сигналу від перехресних перешкод виникає внаслідок взаємної індуктивності та ємності, рішення передбачають вжиття заходів для їх зменшення. Цього можна досягти різними способами, відповідно розташувавши макет. Маршрутизація повинна уникати рядків, які проходять паралельно один одному. Якщо лінії повинні перетинатися, цього слід досягати під прямим кутом, використовуючи шари якомога далі один від одного. Міжрядковий інтервал повинен бути якомога ширшим, а для зменшення взаємної ємності лінії повинні бути якомога тонкішими. Нарешті, там, де використовуються лінії електропередачі, вони повинні знаходитися якомога ближче до площини землі. Це зменшить зв'язок з іншими сусідніми лініями.

Подальші ідеї

Існує ряд інших ідей, які можуть бути реалізовані для сприяння підтримці належного рівня цілісності сигналу. Однією з сфер, на яку слід звернути особливу увагу, є тактова схема. Оскільки він генерує регулярний тактовий імпульс, це може створити фоновий шум, якщо заходи цілісності сигналу не включені. Відповідно необхідно забезпечити реалізацію заходів щодо зменшення перехресних переговорів на лініях годинника. Зокрема, сигнальні лінії слід тримати подалі від годинникових ліній, і вони не повинні прокладатись один під одним. Якщо це необхідно, тоді земля або земна площина повинні знаходитися між ними. Щоб забезпечити цілісність сигналу, також необхідно переконатися, що лінії добре узгоджені, щоб запобігти дзвінку. Це може додати додаткові шипи, які можуть передаватися навколо схеми.

Іншим методом підвищення цілісності сигналу є забезпечення належної розв’язки всіх мікросхем. Погана роз'єднання додасть шуму, присутнього в ланцюгах, і це може вплинути на цілісність сигналу. Кожна мікросхема повинна бути роз'єднана відповідно до рекомендацій виробника. Роз'єднувальні конденсатори також слід розміщувати якомога ближче до мікросхем.

Інженерія цілісності сигналів зараз є невід’ємною та важливою частиною процесу проектування друкованих плат. Завдяки високим швидкостям, що застосовуються в багатьох сучасних схемах, більше неможливо розробити основну схему ізольовано від друкованої плати. Натомість конструкція друкованої плати повинна бути частиною загальної електричної конструкції. Коли цей підхід буде прийнятий, тоді можливість проблем, що виникають через погану цілісність сигналу, буде мінімізована.


Перегляньте відео: Станок для сборки печатных плат размер компонентов 0603 (Червень 2022).