Zašto tragovi PCB-a ne mogu ići pod pravim uglom od 90 stepeni?

  Sada, kad god otvorite originalni PCB Layout Guide SoC-a, spomenućete ugao ugla tragova signala velike brzine. Reći će da signale velike brzine ne treba pratiti pod pravim uglom, već ih treba pratiti pod uglom od 45 stepeni. Bolje od ugla od 45 stepeni.

  Je li to slučaj? Kako podesiti ugao traga PCB-a, da li je bolje ići 45 stepeni ili luk? Da li je ožičenje pod pravim uglom od 90 stepeni u redu?

  Svi su počeli da se zapliću u ugao ugla štampane linije, što je stvar poslednjih deset-dvadeset godina. Početkom 1990-ih, gospodar PC industrije, Intel, vodio je prilagođavanje tehnologije PCI magistrale.

  (Zahvaljujući Intelu što je izdao PCI interfejs, zahvaljujući poboljšanju propusnog opsega interfejsa PCI magistrale, uključujući kasniji interfejs AGP magistrale, rođene su grafičke kartice kao što je 3DFX VOODOO Voodoo, a takođe sam iskusio i Tomb Raider u to vreme. Gledajući unatrag, potražnja tržišta za multimedijalnim aplikacijama kao što su 3D igre promovirala je razvoj PC tehnologije, uključujući kasniji Internet i širenje pametnih telefona.)

  Čini se da smo počevši od PCI interfejsa ušli u eru dizajna sistema "velike brzine".

  Nakon 1990-ih, to je bila želja grupe igrača za 3D performansama, što je omogućilo razvoj odgovarajućeg elektronskog dizajna i tehnologije proizvodnje čipova u skladu sa Mooreovim zakonom. Zbog stalnog unapređenja IC procesne tehnologije, IC tranzistorski prekidači Brzina je sve veća i veća, taktna frekvencija raznih magistrala je sve brža i brža, a problem integriteta signala neprestano privlači svačije istraživanje i pažnju. Na primjer, potražnja ljudi za kućnim videom i zvukom visoke definicije 4K, standardna brzina prijenosa HDMI2.0 dostigla je 18Gbps! ! !

  Prije nego što sam se rodio, pcb pull thread bakterije su trebale biti relativno jednostavne kolege iz razreda, samo povući liniju, glatko, uredno i lijepo, ne obraćajući pažnju na različite probleme integriteta signala. Na primjer, ploča HP-ovog klasičnog multimetra HP3456A sa šest i po cifara prikazanog na donjoj slici pokazuje veliki broj tragova ugla od 90°.

  HP3456A nema suze i gotovo je namerno snimljen pod pravim uglom (neka mesta su prvobitno završila kos ugao, ali mora da ide nekoliko pravih uglova za redom), a većina mesta nije prekrivena bakrom.

Može li se PCB pratiti pod oštrim uglom?

  Da li se PCB može usmjeriti pod oštrim uglom, odgovor je ne, bez obzira da li će ruta pod oštrim uglom imati negativan utjecaj na liniju za prijenos signala velike brzine, samo sa aspekta PCB DFM, ruta pod oštrim kutom treba izbjegavati.

  Jer kada se žice PCB-a ukrste i formiraju oštar ugao, to će uzrokovati problem koji se zove "kiseline zamke", šta? Kiseli pasulj? U redu, volim rezance od kiselog pasulja, ali kiseli pasulj na PCB-u ovdje je smetnja. U procesu izrade pcb ploče, u procesu jetkanja pcb kola, "zamke kiseline" će uzrokovati prekomjernu koroziju pcb kola, što će rezultirati problemom virtualnog prekida pcb kola.

  Iako, možemo koristiti CAM 350 za DFF Audit da automatski otkrijemo potencijalne probleme sa "zamkama kiseline" kako bismo izbjegli uska grla u procesu obrade tokom proizvodnje PCB-a. Ako tehničari u fabrici štampanih ploča otkriju postojanje kiselinskih zamki, oni će jednostavno ubaciti komad bakra u ovaj procep.

  Mnogi inženjeri tvornica ploča ne znaju raspored, oni samo popravljaju problem kiselinske zamke iz perspektive PCB inženjeringa, ali da li će ova popravka donijeti dalje probleme s integritetom signala Ne zna se, pa treba pokušati izbjeći kiselinske zamke iz izvora u raspored.

  Kako izbjeći oštar ugao prilikom povlačenja žice, uzrokujući problem sa zamkom kiseline DFM? Moderni EDA softver za dizajn (kao što je Cadence Allegro, Altium Designer, itd.) svi dolaze sa kompletnim opcijama za usmjeravanje rasporeda. Ove pomoćne opcije koristimo fleksibilno u rutiranju rasporeda, što može u velikoj mjeri izbjeći našu proizvodnju "layouta" u rasporedu. fenomen "kiselinske zamke".

  Podešavanje izlaznog ugla jastučića Izbegavajte oštar ugao između žice i jastučića.

Može li se PCB raspored usmjeriti pod 90°?

  Visokofrekventne i brze linije za prijenos signala trebale bi izbjegavati usmjeravanje sa uglovima od 90°, što je jako potrebno u raznim vodičima za dizajn PCB-a, jer visokofrekventne i brze linije za prijenos signala trebaju održavati karakterističnu impedanciju konzistentnom, a 90° kutno usmjeravanje se koristi na uglu dalekovoda. , će promijeniti širinu linije. Širina linije na uglu od 90° je oko 1.414 puta veća od normalne širine linije. Budući da se širina linije mijenja, to će uzrokovati refleksiju signala. U isto vrijeme, dodatni parazitski kapacitet na uglu također će uzrokovati dugotrajan prijenos signala. odloženi uticaj.

  Naravno, kada se signal širi duž ujednačene interkonektivne linije, neće doći do refleksije i izobličenja prenošenog signala. Ako postoji ugao od 90° na jednoličnoj interkonekcijskoj liniji, to će uzrokovati promjenu širine prijenosne linije PCB-a na uglu. Prema korelaciji, Elektromagnetska teorija računa da će to definitivno dovesti do efekta refleksije signala.

  To je slučaj u teoriji, ali teorija je ipak teorija. Da li je uticaj uglova od 90° na dalekovode velike brzine signala važan u praksi?

  Na primjer, na primjer, kolega iz razreda Wang Shi Cong (ovdje je razrednik Wang čisto izmišljen radi zapleta, nijedan biološki otac ne bi izabrao takvo ime za svog sina, ako postoje neke sličnosti, to je čista čast, O( ∩ _∩)O~) uzeo je svog Erha i Nvpina da naprave hot pot, i vidio sto dolara bačeno pored puta, misliš li da bi ga pokupio ili ne?

  Podizanje ovih sto juana bi teoretski povećalo lično bogatstvo Wang Deconga za još sto juana, ali za Vang drugove iz razreda koji su upravo pronašli žensku kartu i prevukli karticu za kupovinu luksuznog automobila, kao što je kupovina kupusa, to se može potpuno zanemariti. A za mene je to mnogo novca i obično samo dojurim i pretvaram se da vezujem pertle...

  Dakle, ugao od 90° će imati negativan uticaj na brze dalekovode signala, što je teoretski izvesno, ali da li je ovaj uticaj fatalan? Da li ugao od 90° ima isti učinak na brze digitalne signale i visokofrekventne mikrovalne prijenosne linije?

  Prema radu "Uglovi pod pravim uglom na tragovima štampane ploče, analiza vremenskog i frekvencijskog domena" i radu "Ko se boji velikog lošeg zavoja?" autora Howarda Johnsona i knjige "Signal Integrity and Power Integrity" Erica Bogatina Analizirajući sadržaj poglavlja 8 (drugo izdanje), možemo izvući sljedeće zaključke:

  Za digitalne signale velike brzine, ugao od 90° će imati određeni uticaj na linije za prenos signala velike brzine. Za naš trenutni PCB velike gustine i velike brzine, opća širina traga je 4-5 mil, a kapacitivnost ugla od 90° je oko 10fF. Procjenjuje se da je kumulativno kašnjenje uzrokovano ovim kondenzatorom oko 0.25 ps, tako da kut od 90° na žici sa širinom linije od 5 mil neće imati veliki utjecaj na trenutni digitalni signal velike brzine (vrijeme rastuće ivice od 100 psec ).

  Za visokofrekventne linije za prijenos signala, kako bi se izbjeglo oštećenje signala uzrokovano skin efektom, obično se koristi šira linija za prijenos signala, kao što je impedansa od 50Ω i širina linije od 100 mil. Širina linije na uglu od 90° je oko 141 mil, kašnjenje signala uzrokovano parazitskim kapacitetom je oko 25ps. U ovom trenutku, ugao od 90° će imati veoma ozbiljan uticaj.

  U isto vrijeme, mikrovalni prijenosni vodovi uvijek se nadaju da će minimizirati gubitak signala. Prekid impedancije na uglu od 90° i parazitski kapacitet izvana će uzrokovati greške faze i amplitude visokofrekventnog signala, neusklađenost između ulaza i izlaza, i moguće postojanje parazitske sprege, što zauzvrat dovodi do pogoršanje performansi kola, utiče na karakteristike prenosa signala PCB kola.

  Što se tiče rutiranja signala od 90°, Lao Wu-ovo gledište je da pokuša izbjeći rutiranje od 90°, Nani? Nije li ranije rečeno da se uticaj uglova od 90° na digitalne signale velike brzine može zanemariti?

  Naravno, gore napisane treba da čine broj reči, O(∩_∩)O~, uticaj jednog ugla od 90° na kvalitet signala brzog digitalnog prenosnog voda, u odnosu na devijaciju visine žice i referentne ravni, sama žica je urezana. Pri tome se varijacija odstupanja širine linije i ujednačenosti razmaka, promjena dielektrične konstante lima na frekvencijski signal, pa čak i utjecaja parazitskih parametara prolaza su mnogo veći od problema uzrokovanih uglom od 90°.

  Međutim, današnje linije za prijenos digitalnih kola velike brzine uvijek moraju biti namotane oko iste dužine. Kada je više od deset ili dvadeset uglova postavljeno, kašnjenje porasta signala uzrokovano kumulativnim efektom ovih uglova od 90° postat će nezanemarivo. Signal velike brzine se uvijek prenosi duž putanje impedance, sa uglovima od 90° jednake dužine, a konačni stvarni put prijenosa signala bit će nešto kraći od originalnog.

  A sada brzina prijenosa digitalnog signala velike brzine postaje sve veća i veća, trenutni HDMI2.0 standard, brzina prijenosa je dostigla 18Gbps, ožičenje od 90° više neće ispunjavati zahtjeve, a sada je 21. vijek , sada EDA softver od 45° je dobro podržan čak i od strane onih koji ga koriste.

  Istovremeno, postavljanje kablova pod uglovima od 90° nije u skladu sa estetikom ljudi u smislu inženjerske estetike. Stoga, za trenutni raspored, bilo da koristite visokofrekventne/brze signalne linije, trebali bismo pokušati izbjeći rutiranje sa uglovima od 90° osim ako ne postoje posebni zahtjevi.

  Za visokostrujne tragove, ponekad ih zamjenjujemo bakrenim limovima obloženim bakrom. Na uglovima obloženih bakrom, takođe moramo da zamenimo uglove od 90° sa dva ugla od 45°, što je ne samo lepo, već i bez EMI. skrivena opasnost.

Ruta na 45°

  Osim za RF signale i druge signale sa posebnim zahtjevima, tragove na našoj PCB poželjno je pratiti pod 45°. Treba napomenuti da kada je trag ugla od 45° namotan oko iste dužine, dužina traga na uglu treba da bude najmanje 1.5 puta širina linije, a razmak između linija iste dužine treba da bude najmanje 4 puta širina linije.

  Budući da se signalne linije velike brzine uvijek prenose duž putanje impedance, ako je razmak između linija jednake dužine preblizak, zbog parazitske kapacitivnosti između vodova, brzi signal uzima prečicu, a jednaku dužinu će biti netačno. Pravila namotavanja modernog EDA softvera mogu lako postaviti relevantna pravila namotavanja.

trag u luku

  Ako tehničkom specifikacijom nije jasno propisano da se vodi u luku ili RF mikrovalnom dalekovodu, lično smatram da nema potrebe za lukom, zbog rasporeda velikih brzina i velike gustine pcb, veliki broj lučnih linija je veoma problematičan za kasnije popravku, a veliki broj zakrivljenih tragova takođe zauzima više prostora.

Ruta pod bilo kojim uglom

  Sa razvojem 4G/5G bežične komunikacijske tehnologije i kontinuiranom nadogradnjom elektronskih proizvoda, trenutna brzina prijenosa podataka PCB-a dostigla je 10Gbps ili više od 25Gbps, a brzina prijenosa signala se i dalje razvija prema velikoj brzini. Sa razvojem brzog i visokofrekventnog prijenosa signala, postavljaju se viši zahtjevi za kontrolu impedancije PCB-a i integritet signala.

  Za digitalne signale koji se prenose na PCB ploče, mnoge dielektrične materijale, uključujući FR4 List od fiberglasa , koji se koriste u elektronskoj industriji oduvijek su se smatrali jedinstvenim za prijenos niskih brzina i niske frekvencije.

  Međutim, kada brzina elektronskog signala na sistemskoj magistrali dostigne nivo Gbps, ova pretpostavka o uniformnosti više ne važi. U ovom trenutku, lokalna relativna permitivnost dielektričnog sloja uzrokovana razmakom između snopova staklenih vlakana isprepletenih u podlozi od epoksidne smole. Promjena se neće zanemariti, a lokalna perturbacija dielektrične konstante će uzrokovati kašnjenje i karakterističnu impedanciju linija koja se odnosi na svemir, čime se utiče na prenos signala velike brzine.

  Podaci testa zasnovani na FR4 List od fiberglasa test supstrat pokazuje da zbog relativne pozicijske razlike između mikrotrakaste linije i snopa staklenih vlakana, efektivna dielektrična konstanta izmjerenog prijenosnog voda jako fluktuira, a razlika između vrijednosti može doseći Δεr=0.4. Iako se ove prostorne perturbacije mogu činiti malim, one mogu ozbiljno utjecati na diferencijalne prijenosne linije sa brzinama podataka od 5-10 Gbps.

  U nekim projektantskim projektima velike brzine, kako bismo se nosili s utjecajem efekta staklenih vlakana na signale velike brzine, možemo koristiti tehnologiju cik-cak rutiranja da bismo ublažili utjecaj efekta staklenih vlakana.

  Cadence Allegro PCB Editor 16.6-2015 i novije verzije donose podršku za cik-cak način rutiranja.

  U meniju Cadence Allegro PCB Editor 16.6-2015 odaberite "Ruta -> Nepodržani prototip -> Fiber Weave Effect" da biste omogućili cik-cak rutiranje.

  Godine ubijaju svinje, baš kao i prije dvadeset godina, ne trebamo obraćati pažnju na to da li trebamo uzeti luknu liniju ili ne, i ne trebamo brinuti o utjecaju staklenih vlakana PCB ploče na signalu velike brzine. Možda ćete, kada budete čitali ovaj tekst 20 godina kasnije, osjetiti da su pogledi Lao Wua prilično odmetnuti...

  Stoga, ne postoje fiksna pravila za raspored PCB-a, a sa poboljšanjem procesa proizvodnje PCB-a i brzine prijenosa podataka, moguće je da ispravna pravila sada više neće biti primjenjiva u budućnosti. Stoga, da bismo bili kvalifikovana gljiva za povlačenje niti, moramo ići u korak s vremenom i savladati razvoj pravca industrijske tehnologije, kako nas ne bi eliminisali veliki talasi.