При определении следов печатной платы какие импедансы мне нужно учитывать?

Я занимаюсь проектированием медленных схем для микроконтроллеров и тому подобного (обычно с частотой менее 20 МГц), и теперь я начинаю работу с некоторыми более быстродействующими схемами. То, что я хочу знать, это:

• Какие соображения необходимо учитывать для следов в высокоскоростных цепях?

• Должен ли я согласовывать импеданс каждой линии между двумя высокоскоростными устройствами?

• Все ли следы должны быть одинаковой длины?

• Есть ли хорошая ссылка на эти правила?

• Можно ли это сделать с помощью инструментов проектирования схем с открытым исходным кодом ( GEDA и компания)?

(Я должен сказать вначале, что у меня есть некоторый опыт работы с платами в диапазоне 100 МГц, но я далеко не эксперт.)

Каноническим эталоном является высокоскоростной цифровой дизайн Джонсона и Грэма. Джонсон также написал более продвинутое продолжение «Распространение высокоскоростных сигналов» в 2003 году.

Вы можете выложить любую доску с gEDA и компанией, но это может стать сколь угодно сложным, если я найду лучший инструмент, если вы сможете его получить. Соответствие длин многих следов вручную становится утомительным быстро.

Что касается того, что вам на самом деле нужно делать со следами, вот то, на что я обращаю внимание:

1. Длина следов начинает иметь значение, как только длина ваших следов превышает 1/6 от нарастающего фронта цифрового сигнала. При времени нарастания 1 нс на типичной печатной плате передний фронт охватывает около 6 дюймов, поэтому вы хотите, чтобы длина ваших трасс составляла менее 1 дюйма.

2. Вы хотите согласовать завершение ваших следов с их характерным импедансом, чтобы предотвратить отражение сигналов. На практике это означает либо установку резистора на землю непосредственно перед тем, как трасса достигнет своего пункта назначения, либо последовательное включение резистора в начале трассы. Я обнаружил, что диаграммы в главе 12 «Аналоговая электроника» от Crecraft и Gergely стоит посмотреть на продолжительные периоды: http://books.google.com/books?id=lS7qN6iHyBYC&lpg=PP1&ots=cg6ZMM2GI1&dq=analog%20electronics%20crecraft&pg = PA296 # v = фрагмент & q = распространение% 20 of% 20a% 20pulse & f = false В таблицах изготовителя иногда могут быть рекомендованы схемы прерывания.

3. Когда скорость вашего сигнала увеличивается, вы должны начать беспокоиться о напряжениях, возникающих в соседних трассах из-за взаимной индуктивности и быстро меняющихся токов (V = L * di / dt). Люди называют это "перекрестными помехами". Это означает, что вам нужно расположить следы друг от друга, использовать наземную плоскость под всеми вашими следами и / или поместить наземные следы («защитные следы») между следами, которые вы пытаетесь изолировать.

Это все, о чем я на самом деле беспокоюсь на практике.

Для высокоскоростных цифровых сигналов вы должны согласовать полное сопротивление трассы с выходным сопротивлением выходного драйвера сигнала. Многие линии передачи сигналов также требуют завершения. Это уменьшает отражения и межсимвольные помехи. Полное сопротивление трассы определяется, в первую очередь, ее шириной и суммированием платы, но путь возврата сигнала также играет роль. Переключение уровней или направление сигнала через разделенную плоскость заземления создаст разрывы импеданса и снизит максимальную скорость, с которой может работать канал.

Требования к согласованию длины трассы будут определяться требованиями к синхронизации протокола шины, используемого сигналами. Например, интерфейс памяти DDR потребует, чтобы сигналы DQ (данных) приходили в течение стольких пико-секунд сигнала DQS (стробоскопа). Грубая оценка несоответствия может быть рассчитана из несоответствия длины трассы и задержки распространения линии передачи. Инженеры по обеспечению целостности сигнала проводят более точный анализ перекоса синхронизации, выполняя моделирование топологии маршрутизации и моделей драйверов ввода-вывода.

Большой справкой по этому вопросу является книга доктора Говарда Джонсона «Высокоскоростной цифровой дизайн: руководство по черной магии» (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241)

Джейсон

Все это действительно зависит от того, что вы подразумеваете под «высокой скоростью».

Наиболее важным фактором, определяющим, нужно ли вам завершение, является количество времени, необходимое для распространения переднего фронта. Если ваше время нарастания составляет 100 пс, то не имеет значения, 100 Гц или 10 МГц, отражения все равно повредят вам. Но отражения - только проблема, когда вы достигаете длины «линии передачи». Я думаю, что-то вроде ... на каждые 300 пс времени подъема вы можете пройти около дюйма без прерывания. Таким образом, для времени нарастания 0,9 нс вы можете пройти около трех дюймов.

Что касается импеданса следов, вы должны гуглить "микрополоски". Вам понадобится сплошная земля под следом. Затем расстояние трассы от плоскости (определяемое суммированием плат) и ширина трассы должны в значительной степени определять импеданс трассы. Многие инструменты для проектирования печатных плат автоматически рассчитывают импеданс трассы.

Вам не нужно делать трассы одинаковой длины, если ваша схема этого не требует. Например, для памяти DDR требуется определенное количество, а для разностных трасс это необходимо.

Стандарт для моделирования - HyperLynx (от Mentor). LineSim делает это предварительно макетом; BoardSim делает это после макета.