Einführung in das Design von Hochgeschwindigkeits-PCBs: Signalwege

Haben Sie schon einmal eine Flugreise geplant, bei der es keinen Direktflug zu Ihrem Ziel gibt? Mir ist das passiert, und wie Sie wahrscheinlich bereits wissen, ist das kein Problem. Ich verwende den Reiseplaner auf der Website meiner Fluggesellschaft und lasse ihn jedes Detail der Reise für mich herausfinden. Ich muss nur meinen Ausgangspunkt und mein Ziel eingeben, und der Planer bestimmt meinen Reiseplan – mit genügend Zeit, um meine Anschlüsse zu erreichen. Es ist ein Kinderspiel.

Können Sie sich vorstellen, wie viel Zeit es in Anspruch nehmen würde, wenn Sie die gesamte Reiseplanung selbst durchführen müssten? Sie müssten die verschiedenen Fluggesellschaften, Flüge, Abflug- und Ankunftszeiten recherchieren und dann all diese Informationen zusammenführen, um die beste Route herauszufinden.

Eine Flugreise, die mehrere Anschlussflüge erfordert, ähnelt sehr einem Signalpfad auf einer gedruckten Schaltkarte. Ein Signalpfad hat einen Anfang und ein Ende, mit mehreren Verbindungen dazwischen, genau wie die Flugreise. Und genau wie Sie Ihren Reiseplan zeitlich abstimmen müssen, erfordert das Verlegen eines Signalpfads auf einer PCB die Bestimmung der Längen und Parameter aller einzelnen Netze – eine zeitaufwändige Angelegenheit.

Glücklicherweise haben wir jedoch PCB-Layout-Software-Tools, die Signalwege genauso verwalten können, wie Flugbuchungswebsites Reiseplanungstools verwenden, um Reisen zu organisieren. Lassen Sie uns einen Blick auf Signalwege werfen und wie die heutigen PCB-Layout-Software-Tools Ihnen helfen können, mit ihnen zu arbeiten. Ich kann Ihnen zwar keine problemlose Reise zu einer exotischen Wüsteninsel versprechen, aber ich kann Ihnen ein besseres Verständnis dafür vermitteln, wie Sie mit Signalwegen in Ihrem nächsten Hochgeschwindigkeits-PCB-Design arbeiten können.

Was ist ein Signalweg?

Ein Signalweg ist ein Pfad, den ein Signal von seinem Ursprung über mehrere Komponenten und Netze zu seinem Ziel nimmt. Betrachten Sie zum Beispiel eine einfache Übertragungsleitung zwischen zwei Teilen, die einen in Reihe geschalteten Abschlusswiderstand haben. Das erste Netz verbindet den Treiberpin mit einem Ende des Widerstands, während das zweite Netz das andere Ende des Widerstands mit dem Empfängerpin verbindet. Im CAD-System sind dies zwei verschiedene Netze, aber für Zwecke des Hochgeschwindigkeitsdesigns bilden die beiden Netze einen Signalweg.

Wenn Sie eine Hochgeschwindigkeits-PCB entwerfen, können Sie die Impedanz Ihrer Verdrahtung durch die Breite der Leiterbahn und die Art und Weise, wie Sie den Schichtenaufbau der Platine festlegen, steuern. Sie können auch die Länge der Leiterbahnen steuern und diese Leiterbahnlängen mit anderen Leiterbahnen abgleichen. Der nächste Schritt, um Ihre Fähigkeiten im Entwurf von Hochgeschwindigkeits-PCBs zu entwickeln, ist das Verlegen von Signalwegen. Sie müssen nicht nur weiterhin kontrollierte Impedanz und abgeglichene Leiterbahnlängen verlegen, sondern dies für den gesamten Signalweg statt nur für einzelne Netze tun. Glücklicherweise können Ihnen die heute verwendeten CAD-Tools viel Hilfe beim Verlegen von Signalwegen bieten.

Konfigurieren eines Signalwegs für das Routing

Um einen Signalpfad zu konfigurieren, der eine gute Signalintegrität aufrechterhält, werden Sie in Ihren CAD-Tools eine Signalpfadklasse erstellen und die entsprechenden Netze dieser Klasse zuweisen. Wenn Sie die Netze der Signalpfadklasse zuweisen, können Sie diese manuell zuordnen oder, falls Ihre Software diese Option bietet, die CAD-Tools automatisch die Netze basierend auf den von Ihnen angegebenen Treibern und Empfängern zuordnen lassen. Unabhängig davon, ob Sie die Netze manuell oder automatisch zuweisen, müssen Sie dennoch bestätigen, dass sie in der richtigen Reihenfolge sind. Dies ist wichtig, damit die Routing-Topologie der Signalpfadnetze in der richtigen Reihenfolge ist. Viele Designer weisen die Netze automatisch ihren Signalklassen zu und ordnen sie dann manuell neu an, falls nötig.

Sobald die Netze der Signalpfadklasse zugewiesen sind, können Sie dann andere Parameter für die Signalpfadklasse festlegen. Diese Parameter umfassen die maximalen und minimalen Längen des Routings, die erlaubt sind, und die maximale und minimale Anzahl der Vias, die verwendet werden können.