Saat meletakkan jejak papan sirkuit, impedansi apa yang harus saya pertimbangkan?

Saya melakukan desain sirkuit kecepatan rendah untuk mikrokontroler dan semacamnya (biasanya kurang dari 20 MHz), dan sekarang saya memulai pada beberapa sirkuit berkecepatan lebih tinggi. Yang ingin saya ketahui adalah:

• Pertimbangan apa yang perlu dibuat untuk jejak di sirkuit berkecepatan tinggi?

• Apakah saya harus mencocokkan impedansi setiap saluran antara dua perangkat berkecepatan tinggi?

• Apakah semua jejak harus memiliki panjang yang sama?

• Apakah ada referensi yang bagus untuk aturan ini?

• Apakah ini dapat dilakukan dengan menggunakan alat desain sirkuit sumber terbuka ( gEDA dan perusahaan)?

(Saya harus mengatakan di awal bahwa saya memiliki beberapa pengalaman dengan papan di kisaran 100 MHz, tapi saya jauh dari ahli.)

Referensi kanonik adalah Desain Digital Berkecepatan Tinggi oleh Johnson dan Graham. Johnson juga menulis sekuel yang lebih maju, Propagasi Sinyal Berkecepatan Tinggi, pada tahun 2003.

Anda dapat mengeluarkan papan apa pun dengan gEDA dan perusahaan, tetapi itu bisa menjadi sulit secara sewenang-wenang sejauh saya akan mencari alat yang lebih baik jika Anda bisa mendapatkannya. Mencocokkan panjang banyak jejak dengan tangan menjadi cepat membosankan.

Adapun apa yang sebenarnya perlu Anda lakukan dengan jejak, berikut adalah hal-hal yang saya perhatikan:

1. Panjang jejak mulai penting setelah jejak Anda lebih panjang dari 1/6 dari tepi naik dari sinyal digital. Untuk waktu naik 1 ns pada PCB biasa, tepi yang naik mencakup sekitar 6 inci, sehingga Anda ingin jejak Anda kurang dari 1 inci.

2. Anda ingin mencocokkan penghentian jejak Anda dengan impedansi karakteristiknya untuk mencegah sinyal yang dipantulkan. Dalam praktiknya, ini berarti menempatkan resistor ke ground tepat sebelum jejak mencapai tujuannya atau meletakkan resistor secara seri di awal jejak. Saya telah menemukan diagram dalam bab 12 dari Analog Electronics oleh Crecraft dan Gergely layak untuk menatap untuk jangka waktu yang lama: http://books.google.com/books?id=lS7qN6iHyBYC&lpg=PP1&ots=cg6ZMM2GI1&dq=analog%20electronics%20crecraft&pg = PA296 # v = snippet & q = propagasi% 20of% 20a% 20pulse & f = lembar data pabrikan palsu kadang-kadang akan merekomendasikan skema pemutusan.

3. Ketika kecepatan sinyal Anda meningkat, Anda harus mulai khawatir tentang tegangan yang ditimbulkan pada jejak tetangga karena induktansi bersama dan arus yang berubah dengan cepat (V = L * di / dt). Orang-orang menyebutnya "crosstalk." Ini berarti bahwa Anda perlu untuk menjiplak jejak satu sama lain, menggunakan bidang tanah di bawah semua jejak Anda, dan / atau meletakkan jejak tanah ("jejak penjagaan") di antara jejak yang ingin Anda isolasi.

Hanya itu yang sebenarnya saya khawatirkan dalam praktik.

Untuk sinyal digital kecepatan tinggi, Anda harus mencocokkan impedansi jejak dengan impedansi output driver output sinyal. Banyak saluran transmisi sinyal juga memerlukan terminasi. Ini mengurangi pantulan dan interferensi antar simbol. Impedansi jejak ditentukan terutama oleh lebarnya dan susunan PCB, tetapi jalur pengembalian sinyal juga berperan. Mengalihkan lapisan atau merutekan sinyal melintasi bidang tanah yang terbelah akan menciptakan diskontinuitas impedansi dan akan menurunkan kecepatan maksimum di mana tautan dapat beroperasi.

Persyaratan pencocokan panjang jejak akan didorong oleh persyaratan waktu protokol bus yang digunakan oleh sinyal. Eb, antarmuka memori DDR akan mensyaratkan bahwa sinyal DQ (data) tiba dalam begitu banyak detik dari sinyal DQS (strobo). Estimasi kasar ketidakcocokan dapat dihitung dari ketidakcocokan panjang jejak dan keterlambatan propagasi saluran transmisi. Insinyur integritas sinyal membuat analisis kemiringan pengaturan waktu yang lebih tepat dengan menjalankan simulasi topologi perutean dan model driver I / O.

Referensi hebat tentang hal ini adalah buku Dr. Howard Johnson "Desain Digital Kecepatan Tinggi: Buku Pegangan Ilmu Hitam" (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241)

Jason

Ini semua sangat tergantung pada apa yang Anda maksud dengan "kecepatan tinggi".

Faktor yang paling penting dalam menentukan apakah Anda perlu pemutusan hubungan kerja adalah jumlah waktu yang diperlukan untuk berkembangnya tepi. Jika waktu naik Anda adalah 100 ps, ​​maka tidak masalah jika Anda 100 MHz atau 10 MHz, refleksi akan tetap melukai Anda. Tetapi refleksi hanya masalah ketika Anda mencapai panjang "saluran transmisi". Saya pikir itu sesuatu seperti ... untuk setiap 300 ps waktu naik Anda dapat pergi sekitar satu inci tanpa penghentian. Jadi untuk waktu naik 0,9 ns, Anda bisa pergi sekitar tiga inci.

Sejauh impedansi jejak, Anda harus google "microstrip". Anda akan membutuhkan bidang tanah yang kokoh di bawah jejak. Kemudian, jarak jejak dari pesawat (ditentukan oleh board stackup), dan lebar jejak, sebagian besar harus menentukan jejak impedansi. Banyak alat desain PCB akan secara otomatis menghitung jejak impedansi untuk Anda.

Anda tidak perlu membuat jejak yang sama panjang kecuali sirkuit Anda membutuhkannya. Misalnya memori DDR memerlukannya dalam jumlah tertentu dan jejak diferensial memerlukannya.

Standar untuk simulasi adalah HyperLynx (oleh Mentor). LineSim melakukan pra-tata letak; BoardSim melakukannya setelah tata letak.