Jakie impedancje należy wziąć pod uwagę przy układaniu śladów na płytce drukowanej?

Zajmuję się projektowaniem obwodów o niskiej prędkości dla mikrokontrolerów i tym podobnych (zwykle o częstotliwości mniejszej niż 20 MHz), a teraz zaczynam pracę nad kilkoma szybkimi obwodami. Chcę wiedzieć:

• Jakie należy wziąć pod uwagę ślady w obwodach dużych prędkości?

• Czy muszę dopasowywać impedancję do każdej linii między dwoma szybkimi urządzeniami?

• Czy wszystkie ślady muszą być tej samej długości?

• Czy istnieje dobre odniesienie do tych zasad?

• Czy można to zrobić za pomocą narzędzi do projektowania obwodów typu open source ( gEDA i firma)?

(Na wstępie powinienem powiedzieć, że mam pewne doświadczenie z płytami w zakresie 100 MHz, ale daleko mi do eksperta.)

Odniesieniem kanonicznym jest High-Speed ​​Digital Design autorstwa Johnsona i Grahama. Johnson napisał także bardziej zaawansowaną kontynuację, High-Speed ​​Signal Propagation, w 2003 roku.

Możesz ułożyć dowolną tablicę z gEDA i firmą, ale może to stać się arbitralnie trudne do tego stopnia, że ​​szukałbym lepszego narzędzia, jeśli możesz je zdobyć. Ręczne dopasowywanie długości wielu śladów staje się nudne.

Jeśli chodzi o to, co naprawdę musisz zrobić ze śladami, oto rzeczy, na które uważam:

1. Długość śladów zaczyna mieć znaczenie, gdy ślady przekraczają 1/6 rosnącej krawędzi sygnału cyfrowego. Przez czas narastania 1 ns na typowej płytce drukowanej krawędź wznosząca sięga około 6 cali, więc chcesz, aby twoje ślady miały mniej niż 1 cal długości.

2. Chcesz dopasować zakończenie swoich śladów do ich charakterystycznej impedancji, aby zapobiec odbijanym sygnałom. W praktyce oznacza to albo umieszczenie rezystora na ziemi tuż przed osiągnięciem celu przez ślad, albo umieszczenie rezystora szeregowo na początku śledzenia. Przekonałem się, że diagramy w rozdziale 12 Analog Electronics autorstwa Crecraft i Gergely są warte przyglądania się przez dłuższy czas: http://books.google.com/books?id=lS7qN6iHyBYC&lpg=PP1&ots=cg6ZMM2GI1&dq=analog%20electronics%20crecraft&pg = PA296 # v = fragment kodu i q = propagacja% 20 z% 20a% 20 impulsów i f = fałsz Arkusze danych producenta czasami zawierają zalecane schematy zakończenia.

3. Wraz ze wzrostem prędkości sygnału musisz zacząć martwić się o napięcia indukowane w sąsiednich śladach z powodu wzajemnej indukcyjności i szybko zmieniających się prądów (V = L * di / dt). Ludzie nazywają to „przesłuchem”. Oznacza to, że musisz rozstawić ślady od siebie, użyć płaszczyzny uziemienia pod wszystkimi swoimi śladami i / lub umieścić ślady naziemne („ślady ochronne”) między śladami, które próbujesz odizolować.

To wszystko, o co tak naprawdę martwię się w praktyce.

W przypadku szybkich sygnałów cyfrowych należy dopasować impedancję śladu do impedancji wyjściowej sterownika wyjściowego sygnału. Wiele linii transmisji sygnału wymaga również zakończenia. Zmniejsza to odbicia i interferencje między symbolami. Impedancja ścieżki zależy przede wszystkim od jej szerokości i stosu płytek drukowanych, ale pewna rola ma również ścieżka powrotna sygnału. Przełączanie warstw lub kierowanie sygnału przez podzieloną płaszczyznę uziemienia spowoduje nieciągłości impedancji i obniży maksymalną prędkość, z jaką łącze może działać.

Wymagania dotyczące dopasowania długości śledzenia będą zależeć od wymagań dotyczących czasu protokołu magistrali używanego przez sygnały. Eb, interfejs pamięci DDR będzie wymagał, aby sygnały DQ (dane) dotarły w tak wielu piko sekundach od sygnału DQS (stroboskopowego). Zgrubne oszacowanie niedopasowania można obliczyć na podstawie niedopasowania długości śladu i opóźnienia propagacji linii przesyłowej. Inżynierowie ds. Integralności sygnału tworzą dokładniejsze analizy przesunięcia czasowego, przeprowadzając symulacje topologii routingu i modeli sterowników we / wy.

Świetnym odniesieniem na ten temat jest książka dr Howarda Johnsona „High Speed ​​Digital Design: A Handbook of Black Magic” (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241)

Jason

Wszystko naprawdę zależy od tego, co rozumiesz przez „dużą prędkość”.

Najważniejszym czynnikiem decydującym o tym, czy potrzebujesz terminacji, jest czas potrzebny do rozprzestrzeniania się zbocza narastającego. Jeśli twój czas narastania wynosi 100 ps, ​​to nie ma znaczenia, czy masz 100 MHz, czy 10 MHz, odbicia nadal cię bolą. Ale odbicia stanowią problem tylko po osiągnięciu długości „linii transmisyjnej”. Myślę, że to coś w stylu ... na każde 300 ps czasu narastania możesz przejść około cala bez zakończenia. Tak więc dla czasu wzrostu wynoszącego 0,9 ns możesz przejść około trzech cali.

Jeśli chodzi o impedancję śladów, należy google „mikropask”. Będziesz potrzebować solidnej płaszczyzny uziemienia pod śladem. Następnie odległość śladu od płaszczyzny (określana przez stacka na płycie) i szerokość śladu powinny w dużej mierze określać impedancję śladu. Wiele narzędzi do projektowania płytek drukowanych automatycznie obliczy dla Ciebie impedancję śladową.

Nie musisz robić śladów tej samej długości, chyba że Twój obwód tego wymaga. Na przykład pamięci DDR wymagają tego w określonej ilości i wymagają tego ślady różnicowe.

Standardem symulacji jest HyperLynx (firmy Mentor). LineSim robi to przed układem; BoardSim robi to po układzie.