Bunu kısaca cevaplamaya çalışacağım, ancak bu tür bir soru için harika bir kaynak Eric Bogatin'in Sinyal ve Güç Bütünlüğü - Basitleştirilmiş .
Yüzlerce pikosaniye aralığında sinyal kenar oranları olan çok yüksek hızlı protokolleri listelemiş ve tanımlamışsınızdır. Bunun anlamı, sadece birkaç inçlik izlerin bile elektriksel olarak uzun olarak kabul edilebileceği ve bu iletim kanallarının iletim hatları olarak yönlendirilmesi gerektiğidir .
Çok koyun çok yüksek hızlı sürücüye bilinen bir empedansı (a SERDES giriş / çıkış seri alıcı-verici) bir iletim hattı sunan, kısa veri iletim, başarılı iletişime müdahale edebilir deletrious sinyal yansımaları olmadan çizgiyi sağlar. Bu, semboller arası girişim (ISI), çapraz konuşma, bir UI (birim aralığı) kullanılamaz hale gelen ek titreme ve diğer birçok etki olarak ortaya çıkabilir. Bu protokollerin bazılarının (PCIe gibi) düşük maliyetli FR-4'te geleneksel bakır üzerinde 8GT / sn'den fazla ittiğini hatırlayın; Bunu yapmak için, tasarımcılar veri iletimi için yüksek kaliteli bir kanal sağlamak için ellerinden gelen her şeyi yapmaya özen göstermelidir.
Belirli bir protokol (veya spesifikasyon) genellikle istenen bir karakteristik empedansı listeler . Örnek olarak Intel, Xeon platformları için "100 ohm diferansiyel çift" olarak yönlendirilmek üzere PCI Express izleri isteyebilir. Bu, PCI Express alıcı-vericilerini veri aktarımı için 100 ohm karakteristik empedans iletim hattını bekleyecek şekilde nitelendirdikleri ve tasarladıkları anlamına gelir. USB genellikle 90 ohm gerektirir, RS-422 120 ohm olabilir ve Ethernet 100 ohm'dur. Bu yazıda tek uçlu iletim hattı yapılarına girmeyeceğim, ancak aşağıda yorumlarda belirtildiği gibi, yaklaşık bir ilk sıraya göre, aşağıdaki yapıların her bir 'yarısını' çift empedansın yarısı olarak düşünebilirsiniz.
Şimdi, geleneksel bir FR-4 PCB üzerinde iletim hattı yapısı oluşturmak için (bu şeyleri ekonomik tutmak için!), Birkaç seçeneğimiz var. Diferansiyel izler için birkaç seçeneğimiz var. Senin izlerini üst veya alt katman üzerinde diyelim - opsiyon biri olan kenar çiftli mikroşerit . Lehim maskesi bunun üzerindedir (Ben resmidir 'kaplanmış' Teknik olarak , kenar çiftli kaplanmış ve kenar çiftli var Üst / alt katman seçenekleri için yüzey - gerçekten yüksek frekanslı RF çalışması için, lehim maskesinin varlığı bile bir sorun olabilir).
Altındaki dönüş düzlemine olan mesafeye, iki çizgi arasındaki mesafeye ve her çizginin genişliğine bağlı olarak PCB fab'ınız size hedef empedansı sunan bir yapı sunabilir.
Şimdi diyelim ki bir iç katman üzerindesiniz. Burada kullanılan yapı genellikle kenara bağlı gömülü mikroşerittir :
Birincisine benzer şekilde, bu da en yakın referans düzlemine olan uzaklığı etkiler. Birçok tasarımcı, yayılan emisyonları azaltmak için bakır uçakların 'ücretsiz' korumasından yararlanmak için yüksek hızlı çiftlerini iç katmanlara gömmeyi tercih ediyor. Kenar çiftli ofset stripline , iki düzlem katmanı arasına yerleştirilmiş bir sinyal katmanınız olduğunda kullanılır:
Bu diferansiyel yapıları elde etmek için PCB imalat evinize başvurun ve aradığınız diferansiyel empedansları söyleyin - bu PCB yığma tasarım sürecinin bir parçasıdır . Üretim evi, çekirdekler ve pre-preg materyaller için kullandıkları gerçek malzemeleri (farklı Er değerlerine sahip) çalıştırır ve tasarım aracınızda izlenecek bir dizi geometriyle size geri döner, örneğin ( gerçek sayılar değil ) "0.2mm 100 Ohm empedans +/-% 10 için Katman 1 ve 8'de 0,15 mm aralıklı kalın izler. " Daha sonra bu değerleri Altium'a girersiniz ve akıllı bir şekilde, çift olarak yönlendirdiğinizde diferansiyel olarak adlandırdığınız geometrileri takip ettiklerinden emin olur.
Tasarım gereği, PCB'nizi mağazanızla üretip tasarladığınız yığını gönderirseniz, bu izler istenen karakteristik empedansla sonuçlanır. Genellikle iletim hattının yinelenen yapısının oluşturulduğu dizinin dış kısmından PCB'nizin bir parçası olan bir empedans kuponu talep etmelisiniz ve size gerçek bir sağlamak için bir TDR (zaman alanı reflektometresi) kullanılır. empedans inşa edilmiştir. Tipik tolerans yaklaşık % 10'dur .
Uzunluk eşleme diferansiyel empedansı etkilemez ve protokolden protokole farklılık gösterir. Çiftler arası eğim (P'den N'ye) ve çiftler arası / şeritler arası eğim (yani PCIe Tx Lane 0'dan 1'e) eğimi vardır, burada ikincisi genellikle birinciye göre uyumsuzluğa daha toleranslıdır. Bu, çiftin üyelerini üretici şartnamesine uygun hale getirmek için kıvrımlı veya serpantinli yönlendirme eklemek için genellikle sonuna kadar analiz ettiğiniz bir şeydir. Ham net uzunluklarını Excel'e döken bir komut dosyası kullanıyorum ve daha sonra şartname biçimlendirmesini spesifikasyonda nasıl yaptığımı bildirmek için kullanıyorum (biraz düzeltildi - bu, bazı yanlış eşleşmeye sahip bir modüle sahip bir tahta ve bir yanlış eşleşmeye sahip taşıyıcı PCB):
İşte satıcımın önerilerine dayanarak 100 ohm diferansiyel çiftler için Altium kurulumuna bir örnek:
İşte size belirli bir sırayla yardımcı olabilecek yol boyunca aldım bazı ipuçları:
- Bir üreticinin yanlış eşleşmesine tolerans verildiğinde, mümkünse yarıya indirerek işe başlayın. Bir ana PCB'ye ve bir taşıyıcı PCB'ye sahip olduğunuz PCI Express gibi bir durumda, bu (bir çeşit) ikisi arasındaki toleransı böler.
- Diferansiyel empedanslı bir pano üretirken "D Kodları" kullanın. Farklı empedansları ayırt etmek için iz genişliklerinde hundrets veya bininci rakamı kullanın. Örneğin, 0.20mm hem 90 ohm hem de 100 ohm için genişlik olarak adlandırıldıysa, 90 ohm 0.201mm ve 100 ohm 0.202mm yapardım ve yaptığımı açıklayan imalat notu eklerdim. CAM mühendisi daha sonra yazılımını kullanarak çiftleri kolayca seçebilir ve ihtiyaç duyduğu şeyi yapabilir.
Bu nedenle, bir sonraki PCB projenize, farklı izleme yönlendirmesini ima eden protokoller / gereksinimlerle başlamadan önce:
- Kontrol edilecek tüm farklı empedansları ve hangi katmanlarda olacaklarını (yani sinyal katmanlarınız nelerdir) tanımlayın.
- Yukarıdaki bilgilerle fabrikasyon evinize başvurun ve projeniz için bir yığın tanımlamak ve gerekli geometrileri elde etmek için onlarla birlikte çalışın. Alternatif olarak, aşağıdaki yorumlarda belirtildiği gibi, uygun malzeme ve diğer bilgilerle, EDA araçlarınız size gerekli geometrileri sağlayabilir.
- CAD aracınızı 2. adımdaki sayılara göre uygun kurallarla ayarlayın.
- Çiftler için net sınıflar tanımlayın ve uzaklaşın!
- Çiftler arası / iç çift uyumsuzluklarını ve spesifikasyon dahilinde olup olmadıklarını gösteren bir rapor oluşturmak için bir komut dosyası veya benzerini kullanın.