Längenabgleich im Eigenschaften-Panel

Hochgeschwindigkeits-PCBs erfordern oft das Abstimmen von Gruppen von Leiterbahnen, sowohl einzelne als auch differentielle, um sicherzustellen, dass Signale, die in einem physischen Kanal reisen, bei einer empfangenden Komponente innerhalb einer vorgeschriebenen Zeitdifferenz ankommen. Altium Designer beinhaltet leistungsstarke Werkzeuge, die es Ihnen ermöglichen, solche Aufgaben schnell und mit hoher Qualität zu lösen. Studieren Sie dieses Dokument und erreichen Sie das gewünschte Ergebnis noch schneller.

Warum wird Längenabstimmung verwendet?

Die meisten Hochgeschwindigkeitsschnittstellen enthalten serielle Schnittstellen, die als differentielle Paare geroutet werden, oder sie enthalten parallele Single-Ended-Busse, die mit hohen Frequenzen arbeiten. Einige Schnittstellen verwenden mehrere differentielle Paare parallel, um Daten zwischen Komponenten zu senden. Beispiele für solche Schnittstellen sind USB, PCIe, DDR3/DDR4-Speicherschnittstellen, SerDes-Kanäle und viele andere.

Um diese Schnittstellen ordnungsgemäß funktionieren zu lassen, ist es notwendig, dass Signale, die vom Sender zum Empfänger gesendet werden, innerhalb einer begrenzten Zeitabweichung ankommen. Dieses Problem wird gelöst, indem die Längen von Gruppen von Leiterbahnen innerhalb einer bestimmten Toleranz für die Zeitabweichung angeglichen werden. Dies geschieht durch Hinzufügen eines Verzögerungsabschnitts zu den kürzeren Leiterbahnen in Form von Akkordeons, Posaunen oder einem Sägezahnmuster. Innerhalb eines differentiellen Paares werden auch Längenabstimmungssegmente verwendet, um sicherzustellen, dass die Zeitabweichung beseitigt wird, was auch hilft, das Rauschen zu unterdrücken, das im empfangenen differentiellen Signal vorhanden sein könnte.

Abstimmungsoptionen in Altium Designer

Altium Designer verfügt über zwei Werkzeuge zur Ausrichtung:

    Interaktive Längenanpassung – für einzelne Leiterbahnen;

    Interaktive Differenzpaar-Längenanpassung – für Differenzpaarleitungen.

Nachdem Sie das Werkzeug ausgeführt haben, stehen im Eigenschaften-Panel drei Längenanpassungsmuster zur Auswahl.

Akkordeonmuster

Akkordeon ist das am häufigsten verwendete Muster zur Netzlängenanpassung. Das Eigenschaften-Panel wird verwendet, um Form, Amplitude und Abstand der Akkordeonsegmente anzupassen. Sie können all diese Parameter dynamisch mit den Hotkeys während der Erstellung ändern.

Zusätzliche Funktionen bei der Arbeit mit dem platzierten Akkordeon:

Verschieben/Größe ändern

Wählen Sie das Akkordeon aus und klicken Sie dann innerhalb des Rahmens, um entlang der Leiterbahn zu verschieben. Bewegen Sie Seiten oder Rahmenecken, um die Größe zu ändern.

Rotation

Drücken Sie R während der Rotation, um ein Vielfaches von 45 Grad einzuschalten.

Praktische Richtlinien für die Anwendung des Akkordeonmusters:

• Bevorzugt für Hochgeschwindigkeitssignale und differentielle Paare;
• Der optimale Segmentabstand muss >3H sein, für differentielle Paare >5H. Die maximale Länge von Segmenten darf nicht mehr als 15H betragen. Dies wird die Interaktion der elektromagnetischen Felder benachbarter Segmente reduzieren.
• Es ist vorzuziehen, die Stilarten „Abgerundete Ecken“ oder „Gerundete Rotation“ zu verwenden.

H ist die Spurhebehöhe über der nächstgelegenen Referenzebene.

Trombone-Muster

Trombone verwendet das Konzept der Abstimmhülse und kann sogar in engen Stellen auf Spurkurven positioniert werden, um den Raum effizient zu füllen. Im Eigenschaften-Panel können Sie Form, Abstand und Position der Trombone-Segmente konfigurieren. Sie können auch eine Reihe von Parametern dynamisch mit Hilfe von Hotkeys direkt während der Konstruktion ändern.

Zusätzliche Optionen bei der Arbeit mit dem platzierten Trombone:

Verschieben/Größe ändern

Unterschiedliche Modi des Verschiebens und der Formänderung sind verfügbar, indem die Ctrl und Shift Tasten verwendet werden.

Praktische Richtlinien für die Anwendung des Trombone-Musters:

• Nützlich in engen Räumen, im Falle von Hindernissen;
• Der optimale Segmentabstand muss >3H sein, für differentielle Paare >5H. Die maximale Länge von Segmenten darf nicht mehr als 15H betragen. Dies wird die Interaktion der elektromagnetischen Felder für benachbarte Segmente reduzieren
• Es ist vorzuziehen, abgerundete Bögen oder abgerundete Stile zu verwenden.
• Nicht empfohlen für die Abstimmung der Spurphase und differentieller Paare.

H ist die Spurhebehöhe über der nächstgelegenen Referenzebene.

Sägezahnmuster

Sägezahn verwendet das Konzept der Abstimmmanschette und kann an den Spurbiegungen platziert werden. Es hilft, die Länge präziser abzustimmen. Im Eigenschaften-Panel können Sie Winkel, Breite, Höhe und Start des „Sägezahns“ konfigurieren. Sie können auch dynamisch die Höhe ändern, indem Sie die „Hotkeys“ direkt während der Konstruktion verwenden.

Zusätzliche Optionen bei der Arbeit mit Sägezahnmuster:

Verschieben/Größe ändern

Unterschiedliche Modi des Verschiebens und Formänderns sind verfügbar, indem die Strg- und Umschalt-Tasten verwendet werden.

Praktische Richtlinien für die Verwendung von Sägezahnmustern zur Längenabstimmung:

• Das Muster ist nützlich in engen Bereichen und kann verwendet werden, um um Vias herumzuführen;
• Bevorzugt für die Signalphasenanpassung in einem differentiellen Paar;
• Spitze Winkel für Hochgeschwindigkeitssignale sind nicht wünschenswert;
• Platziere die Sägezähne so nah wie möglich an der Stelle, wo die Fehlausrichtung aufgetreten ist.
• Es ist vorzuziehen, die Gesamtlänge der Fehlanpassungsstruktur kürzer zu machen

Das Bild unten zeigt einige konservative Richtlinien für die Verwendung einer Sägezahn-Musterstruktur auf einer PCB, insbesondere in den zwei Leiterbahnen eines differentiellen Paares. Diese Richtlinien sind geeignet für langsamere Schnittstellen mit Kantenraten von ungefähr 1 ns. Eine Begrenzung des maximalen Abstands innerhalb des Sägezahn-Musterabschnitts ist <2S mit Zahnweite <3W. S ist der Abstand zwischen den Bahnen, W ist die Breite der Bahn in einem differentiellen Paar. Bei langsameren Schnittstellen ist bekannt, dass diese Richtlinien die erforderliche Längenanpassung bieten, jedoch ohne übermäßige Reflexionen am Eingang in den Längenabstimmungsabschnitt zu verursachen.

Bei deutlich schnelleren Schnittstellen gelten diese Richtlinien nicht immer, und es wird vorzuziehen, die Breite und den Abstand zwischen differentiellen Paaren sorgfältig zu dimensionieren, um übermäßige Impedanz und Laufzeitunterschiede zwischen den beiden Leiterbahnen im Paar zu verhindern. Das bedeutet, dass der Designer das Layer Stackup Manager-Tool in Altium Designer verwenden sollte, um eine gute erste Schätzung der optimalen Leiterbahnbreite und des Abstands zu erhalten, gefolgt von der Verwendung eines Interconnect-Simulators, um die Kanalkonformität klarer zu bestimmen. Sobald die geeigneten Längenabstimmungsgrenzen verifiziert sind, können sie in einem PCB-Layout unter Verwendung der interaktiven Routing-Funktionen im PCB-Editor von Altium Designer platziert werden.

• Erfahren Sie mehr über die PCB-Routing-Funktionen in Altium Designer