Laufzeitverzögerungsrechner im Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign

Zachariah Peterson
|  Erstellt: April 9, 2020

Die Laufzeitverzögerung wird ein wichtiger Aspekt beim Design von Hochgeschwindigkeitsleiterplatten. Sie müssen sicherstellen, dass Ihre Signale auf der gesamten Platine synchron bleiben, um ein Versetzen zu verhindern. Mit einem Leiterplatten-Designpaket, das einen Laufzeitverzögerungsrechner als Teil Ihrer Designregeln enthält, können Sie die Laufzeitverzögerung leicht kompensieren. So können Sie sich auf das Routing und die Signalintegrität konzentrieren, anstatt die Leiterbahnen manuell einzustellen und Toleranzen zu berechnen.

ALTIUM DESIGNER

Eine stark regelgesteuerte Leietrplatten-Designplattform mit erweiterten Routing- und Simulationsfunktionen.

Sie haben also entschieden, dass Sie Komponenten mit relativ schneller Anstiegszeit und Schaltgeschwindigkeit in Ihre nächste Leiterplatte integrieren werden. Wie stellen Sie also sicher, dass sich Ihre Komponenten während des Betriebs ordnungsgemäß verhalten? Niemand hat Zeit, Testleiterplatten zu bestellen und neu zu bestellen, nur um deren Design zu überprüfen. Ihre Leiterplatten-Designsoftware sollte Ihnen die Tools zur Verfügung stellen, um Ihr nächstes Hochgeschwindigkeitsdesign zu validieren, bevor Sie den Fertigungsauftrag erteilen.

Bei der Arbeit mit Hochgeschwindigkeitsgeräten müssen einige Designaspekte berücksichtigt werden. Einige Designer denken nicht darüber nach, was mit Signalen in Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen geschieht, und die meisten Klassen erklären dieses Verhalten nicht explizit, aber das Design von Hochgeschwindigkeitsleiterplatten erfordert sehr enge Routingtoleranzen. Die Laufzeitverzögerung in Ihren Leiterbahnen kann schnell zu einer Desynchronisierung der Signale führen, und Ihre Leiterplatten-Designsoftware sollte einen Laufzeitverzögerungsrechner in Ihre Designregeln integrieren, sodass Sie die Laufzeitverzögerung leicht kompensieren und einen Versatz vermeiden können.

Laufzeitverzögerung im Hochgeschwindigkeitsdesign

Die Laufzeitverzögerung entsteht durch die begrenzte Geschwindigkeit digitaler Signale in Ihrer Leiterplatte. Die Berechnung der Laufzeit in einer Leiterbahn erfordert die Kenntnis der effektiven Dielektrizitätskonstante in Ihren Leiterbahnen. Sobald eine Leiterbahn lang genug ist und die Schaltgeschwindigkeit in Ihrem Gerät hoch ist, wechselt Ihr Gerät zu einem Verhalten mit hoher Geschwindigkeit, und Sie müssen sicherstellen, dass die Leiterbahnen in einem Signalnetz richtig abgestimmt sind, um die Laufzeitverzögerung zu kompensieren.

Wenn einige Leterbahnen in einem Signalnetz merklich länger sind als andere, sind die Signale in Ihrer Hochgeschwindigkeitsleiterplatte nicht synchron und Ihre Informationen werden nicht richtig über Ihre Leiterplatte übertragen. Die Signale werden zu falschen Zeitpunkten an ihrem Ziel eintreffen, und Sie müssen Ihre kürzeren Leiterbahnen um etwas mehr Länge ergänzen, um dies auszugleichen. Bei der Berechnung der Laufzeitverzögerung geht es wirklich darum sicherzustellen, dass die Leiterbahnlängen innerhalb einer bestimmten Toleranz gehalten werden. Ihre Routing-Tools in Ihrer Leiterplatten-Designsoftware sollten mit Ihren Designregeln verknüpft sein, so dass die Laufzeitverzögerung leicht kompensiert werden kann.

Große CAD- und Simulationstools machen Hochgeschwindigkeitsdesign einfach

Wenn Sie die ordnungsgemäße Leiterbahnlänge richtig bemessen, um die Laufzeitverzögerung zu kompensieren und einen Versatz zu vermeiden, kann Ihr Gerät schnell zu einem Verhalten mit hoher Geschwindigkeit übergehen. Außerdem sollten Hochgeschwindigkeitsrouting-Strategien in die Leiterplatte integriert werden, wenn die Laufzeitverzögerung ein Problem darstellt. Mit der Software für das Leiterplattendesign können Sie ganz einfach mit diesen Anforderungen arbeiten und so große Probleme mit der Signalintegrität vermeiden, die Ihre nächste Leiterplatte beschädigen können.

Anstatt online nach einem Laufzeitverzögerungsrechner zu suchen und die Leiterbahnlänge in einem Hochgeschwindigkeitsgerät manuell anzupassen, sollte Ihre Leiterplatten-Designsoftware diese Berechnungen als Teil Ihrer Designregeln berücksichtigen und es Ihnen ermöglichen, Meander in Ihre Leiterbahnen einzufügen. Dadurch können Sie sich darauf konzentrieren, Ihre Hochgeschwindigkeitssignale um Ihre Leiterplatte herum zu routen, anstatt wiederholte Laufzeitverzögerungsberechnungen auszuführen.

Screenshot der Regel- und Einschränkungen-Editors für die Größenänderung von Leiterbahnen in Altium Designer

Bemaßung von Leiterbahnen als Designregeln in Altium Designer

Validierung Ihres Designs

Beim Erstellen von Leiterplatten für Hochgeschwindigkeitsanwendungen geht es um die richtigen Routingstrategien. Übersprechen zwischen Signalleiterbahnen, Klingeln aufgrund von Abschlussproblemen und eine Vielzahl von Kopplungseffekten auf einer Leiterplatte können mit den richtigen Routing- und Stapel-Strategien gelöst werden. Ihre Leiterplatten-Designsoftware muss über die richtigen Tools verfügen, mit denen Sie den benötigten Schichtstapel erstellen und Leiterbahnen schnell in Ihrem Layout routen können, während Sie Ihre Designregeln überprüfen.

Für die Überprüfung Ihrer Leiterplatte sind Simulations- und Analysetools erforderlich, die direkt von Ihrem Leiterplattenlayout auf Ihre Designdaten zugreifen. Ihre CAD-Daten müssen direkt in Ihre Simulations- und Analysetools einfließen, wenn Sie die Funktionalität Ihres Geräts, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsgeräten, schnell überprüfen möchten. Ihre CAD-Tools müssen außerdem über Routing-Funktionen verfügen, die direkt an Ihre Designregeln anknüpfen, die Geometrie Ihrer Differentialpaare definieren und die Synchronisierung zwischen den Leiterbahnen in Ihren Signalnetzen und Eingabe- oder Ausgabemodellen sicherstellen.

Verwenden von Designregeln zum Ausgleich der Laufzeitverzögerung

Hochgeschwindigkeitsdesign und komplizierte Routing-Anforderungen gehen meist Hand in Hand. Ihre CAD-Tools sollten Ihnen dabei helfen, das Routing in Ihrer gesamten Leiterplatte zu automatisieren und gleichzeitig an jede Routing-Strategie anpassbar zu sein. Wenn es an der Zeit ist, Ihre Baugruppe anhand der Designregeln und die Signalintegrität zu überprüfen, sollten die Informationen in Ihrem Layout direkt mit Ihren Simulations- und Analysetools verbunden sein. Sie müssen sicherstellen, dass Ihre Verbindungen ordnungsgemäß beendet werden und die Länge der Ablaufverfolgung korrekt dimensioniert ist, um die Laufzeitverzögerung auszugleichen.

Wenn der Rechner für die Laufzeitverzögerung in Ihre Designregeln integriert ist, können Sie überprüfen, ob sich die Länge der Leiterbahn innerhalb des korrekten Toleranzwerts befindet, ohne dass Leiterbahnen in Ihren CAD-Tools manuell gemessen werden müssen. Autorouter-Tools, die in diese Umgebung integriert sind, machen es einfach, die Leiterbahnlänge in einem Netz so anzupassen, dass der Versatz minimiert wird, wodurch sichergestellt wird, dass Ihre Signale immer synchron bleiben.

Screenshot von 3D-Ansicht der Ablaufverfolgung in Altium Designer

3D-Ansicht des Leiterbahn-Routings in einer mehrschichtigen Leiterplatte.

Die einheitliche Umgebung in Altium Designer

Eine Software, die Funktionen zur Überprüfung von Regeln und hochpräzise CAD-Tools kombiniert, bietet eine enorme Produktivitätssteigerung. Auf diese Weise können Sie die Laufzeitverzögerung in Ihrer Leiterplatte automatisch berechnen und kompensieren, ohne manuell Leiterbahnen mit Ihren CAD-Tools messen zu müssen. Was ist also der beste Weg, all diese Funktionen in einem einzigen Programm zu bündeln und sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß miteinander kommunizieren können?

Unabhängig davon, ob Laufzeit, Verzögerungsmessung, Zeitverzögerung oder Zeitrahmen gezählt werden soll - nur Altium Designer integriert alle diese wichtigen Leiterplatten-Designtools in einer einzigen, einheitlichen Schnittstelle. Die regelgesteuerte Design-Engine in Altium Designer stellt sicher, dass alle Layout- und Routing-Tools in derselben Sprache kommunizieren. Ihre Designtools verhindern grundlegende Eingabe- und Ausgabefehler, wenn sie direkt mit Ihren Designregeln verbunden sind.

Entwerfen in einer einheitlichen Umgebung

Mit den Routing-Tools in Altium Designer haben Sie die Freiheit, die Routing-Strategie auszuführen, von der Sie wissen, dass sie für Ihr Gerät am besten geeignet ist, oder Sie können zulassen, dass das Programm Ihre Leiterbahnen automatisch routet. Sie können alles von der Definition von differentiellen Paaren und Signalnetzen bis hin zum Erstellen eines benutzerdefinierten Routing-Profils, das die Platzierung dichter Komponenten erleichtert, um sicherzustellen, dass Ihre Geräte einen Wettbewerbsvorteil haben.

Mit den Routing-Tools von Altium Designer können Sie außerdem Laufzeit, Laufzeitverzögerung und Verzögerungsmessung leicht kompensieren und einen Versatz vermeiden. Diese Berechnungen sind in die Designregeln integriert, sodass Sie Ihr Design anhand der Standardregeln überprüfen können. Wenn Sie die Leiterbahnlängen anpassen müssen, um einen Versatz aufgrund einer Laufzeitverzögerung zu vermeiden, können Sie mit den Routing-Tools kürzere Leiterbahnen in einem Signalnetz mäandern. Sie können sicher sein, dass Ihre Signale synchronisiert werden, wenn Sie Altium Designer verwenden.

Wenn Sie die Arbeit mit einem externen Taschenrechner satt haben und Zeit und Vernunft einfordern möchten, müssen Sie in einer einheitlichen Designumgebung arbeiten. Altium Designer ist die einzige einheitliche, regelgesteuerte Plattform, die erstklassiges CAD, Routing und Simulation in einem einzigen Paket enthält.

Jede neue Software benötigt etwas Zeit zum Lernen, insbesondere, wenn Sie von der Softwarefirma alleine lernen müssen. Mit Altium Designer erhalten Sie Zugriff auf nützliche Designbeispiele, das AltiumLive-Forum, eine umfassende Wissensdatenbank sowie Podcasts und Webinare, die von Branchenexperten bedient werden. Altium Designer möchte, dass Sie erfolgreich sind.

Mit den besten Design-, Routing- und Simulationstools können Sie die Laufzeitverzögerung in Ihrem nächsten Hochgeschwindigkeitsgerät ausgleichen. Anstatt mit einem externen Laufzeitverzögerungsrechner zu arbeiten, ist eine einheitliche Plattform wie Altium Designer der beste Weg, um diese Berechnungen in den Designprozess zu integrieren. Wenn Sie für eine neue Art von Leiterplatten-Designplattform bereit sind, müssen Sie Altium Designer ausprobieren.

Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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