Wdrażanie integralności sygnału w proces projektowania wysokich prędkości

Z prędkościami przełączania w rodzinach logiki TTL i nowszych, które są wystarczająco szybkie, aby przetwarzać dane z prędkościami Mbps i Gbps, techniki projektowania wysokich prędkości stały się teraz kluczowe dla niemal każdego projektanta PCB. W miarę jak czasy narastania sygnałów cyfrowych stały się szybsze, projektanci muszą albo skrócić swoje połączenia, albo opracować kilka ważnych strategii projektowych, aby zapobiec problemom z integralnością sygnału. Dzisiejsi inżynierowie potrzebują kompletnego zestawu narzędzi do symulacji i analizy integralności sygnału w ich procesie projektowania PCB wysokich prędkości. Teraz możesz uzyskać dostęp do najpotężniejszych funkcji integralności sygnału obok potężnych narzędzi do trasowania i układania dla płyt obwodów wysokich prędkości. Wypróbuj Altium Designer, najlepszą aplikację do projektowania PCB w branży dla projektowania PCB wysokich prędkości.

ALTIUM DESIGNER

Zintegrowany pakiet projektowy PCB, który integruje narzędzia do integralności sygnału wraz z zaawansowanymi funkcjami projektowania PCB wysokich prędkości.

Projektowanie PCB wysokich prędkości obejmuje niektóre z najbardziej wymagających zadań, jakie może podjąć inżynier elektryk. Powszechnym błędnym przekonaniem jest, że projektowanie PCB wysokich prędkości jest funkcją częstotliwości zegara systemu. Raczej, wysoka prędkość jest określana przez czas narastania sygnału. Relacja między długością a czasem narastania określa, czy potrzebna jest kontrola impedancji z projektowaniem stosu PCB i czy musisz określić szerokości ścieżek.

Ponadto, synchronizacja czasowa między sygnałami jest kluczowa, aby zapewnić zsynchronizowanie danych na całej płycie. W przeszłości inżynierowie byli zmuszeni radzić sobie z czasowaniem i dostosowywaniem długości, śledząc wszystko w arkuszach kalkulacyjnych. Pozwalało im to na śledzenie każdego indywidualnego segmentu długości dla sieci, głębokości przelotek, długości rezystorów i długości pinów. Po zsumowaniu ich wszystkich dla każdej sieci, a następnie dodaniu długości sygnału tam, gdzie było to potrzebne, umożliwiało im to wyrównanie długości wszystkich sieci w grupie. Jest to przestarzała metoda dopasowywania długości i projektowania wysokich prędkości ogólnie, która jest zarówno uciążliwa, jak i czasochłonna.

Altium Designer został stworzony specjalnie z myślą o projektowaniu PCB wysokiej prędkości i może pomóc Ci wprowadzić zaawansowane produkty do pełnoskalowej produkcji. Złożone systemy wysokiej prędkości muszą spełniać wiele zasad projektowania, a Altium Designer daje Ci narzędzia potrzebne do skutecznego tworzenia zasad projektowania i zapewnienia zgodności. Oto jak Altium Designer ułatwia projektowanie PCB wysokiej prędkości i na co zwrócić uwagę w swojej płytce obwodu wysokiej prędkości.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

Sygnały wysokiej prędkości na długiej sieci między źródłem a dwoma odbiornikami.

Wspólne problemy z integralnością sygnału w projektowaniu PCB wysokiej prędkości

Projektanci mają wiele problemów z integralnością sygnału, z którymi muszą się zmagać podczas projektowania szybkich PCB. Najczęstsze problemy z integralnością sygnału w szybkich projektach PCB to:

• Zakłócenia międzyścieżkowe
• Odbicia i kontrola impedancji
• Skos między równoległymi sieciami
• Opóźnienie pin-pakiet

Te problemy mogą być trudne do przewidzenia za pomocą równań i wzorów, ale można je analizować za pomocą potężnego symulatora integralności sygnału. Odpowiedni zestaw narzędzi do układania zapewni, że Twoje szybkie ścieżki sygnałowe nie naruszą ważnych ograniczeń projektowych. Wreszcie, oprogramowanie projektowe z zintegrowanym rozwiązaniem do obliczania pola zapewni, że Twoje ścieżki będą miały spójną impedancję, aby zapobiec zniekształceniu szybkich sygnałów.

Integralność sygnału szybkich PCB zaczyna się od układu warstw PCB

Projektowanie układu warstw wymaga wybrania odpowiedniego układu warstw zasilania, masy i sygnałów na płycie obwodu. Układ warstw determinuje efektywną stałą dielektryczną ścieżek na warstwie sygnałowej, co z kolei określa impedancję ścieżki na drukowanym obwodzie. Efektywna stała dielektryczna wpływa następnie na opóźnienie propagacji między źródłem a obciążeniem wzdłuż połączenia i określa, czy dana ścieżka będzie działać jak linia transmisyjna.

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges

Explore Solutions

Rozsądne rozmieszczenie płaszczyzn masy na wielowarstwowej płycie może zapewnić szereg zalet:

1. Warstwy masy znajdujące się obok warstw sygnałowych pomogą tłumić przebicie sygnału i podatność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w tych ścieżkach, ponieważ będą miały niską indukcyjność pętli.
2. Umieszczanie warstw zasilania i masy blisko siebie będzie tłumić oscylacje PDN, zapewniając dużą pojemność sprzęgającą. Jest to niezwykle ważne w przypadku PCB o wysokiej prędkości i niskim poziomie sygnału.

Niskopoziomowe sygnały cyfrowe lub analogowe mogą być również umieszczone między dwoma płaszczyznami w celu zapewnienia lepszego ekranowania przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Twoim wyzwaniem w trasowaniu jest zaplanowanie ścieżki powrotnej dla sygnałów PCB o wysokiej prędkości tak, aby nie tworzyć dużej indukcyjności pętli dla prądów w płaszczyźnie masy.

• Ścieżka powrotna sygnału na twojej płytce drukowanej będzie wpływać na podatność na przebicie sygnału i EMI w projektach o wysokiej prędkości.

  Dowiedz się więcej o planowaniu ścieżek powrotnych w projektowaniu PCB o wysokiej prędkości.

• Układ warstw również wpływa na odporność na przebicie sygnału i EMI. Sukces w projektowaniu PCB o wysokiej prędkości opiera się na stworzeniu odpowiedniego układu warstw dla twojej nowej płytki.

  Dowiedz się więcej o budowaniu układu warstw dla projektowania z kontrolowaną impedancją.

• Praca z projektowaniem PCB o wysokiej prędkości wymaga zrozumienia źródeł zniekształceń na twojej płytce drukowanej.

  Dowiedz się więcej o zniekształceniach sygnału w projektowaniu PCB o wysokiej prędkości.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Twoja szybka konstrukcja PCB nie utrzyma integralności sygnału, jeśli nie zaprojektujesz odpowiedniego układu warstw dla kontroli impedancji.

Trasowanie i integralność sygnału w szybkich konstrukcjach PCB

Po zaprojektowaniu układu warstw PCB, musisz rozważyć impedancję ścieżek oraz opóźnienie propagacji podczas trasowania płytki drukowanej. Obydwie wielkości są określone przez pasożytniczą pojemność i indukcyjność ścieżek oraz innych elementów przewodzących na rzeczywistej płytce drukowanej.

Podczas trasowania szybkiej konstrukcji PCB i układu, Twój standard sygnalizacji może wymagać, abyś utrzymywał kontrolę impedancji na całej płycie. Jeśli zaprojektowałeś swój układ warstw poprawnie i odpowiednio dobierzesz rozmiary ścieżek, możesz zapewnić, że impedancja w ścieżkach twojej płytki drukowanej pozostanie spójna na całym układzie PCB. Najlepsze oprogramowanie do projektowania wykorzystuje zintegrowany solver pola do stosowania obliczeń impedancji w czasie rzeczywistym w twojej szybkiej konstrukcji PCB, aby zapewnić zgodność z twoimi standardami trasowania. Impedancja to jednak nie cała historia, a Twój kalkulator impedancji musi określić opóźnienie propagacji dla twoich sygnałów, aby zapobiec skosowi.

Trasowanie z kontrolą impedancji w Altium Designer

Uwzględnianie opóźnienia pin-pakietu

W każdym szybkim projekcie o częstotliwości powyżej około 500 MHz, drut łączący z układem scalonym wprowadza pewną indukcyjność, która wprowadza opóźnienie do sygnału. Opóźnienie to w urządzeniu określane jest jako opóźnienie pin-pakiet. Długości pin-pakietu mogą być zdefiniowane jako atrybut pinu komponentu w schemacie. Wprowadza to dodatkowe opóźnienie widoczne dla sygnału, które musi być uwzględnione podczas projektowania płytki obwodu.

Jak zwykle, modele symulacyjne są wymagane do przeprowadzenia symulacji. W przypadku symulacji integralności sygnału, modele IBIS są wymagane dla wszystkich układów scalonych połączonych z sygnałami, które chcemy symulować. Altium Designer może pomóc w zarządzaniu modelami IBIS dla podstawowych komponentów, takich jak rezystory, kondensatory, induktory, złącza, tranzystory, diody i więcej. Jedyną rzeczą, o którą musisz się martwić, jest znalezienie modeli symulacyjnych dla układów scalonych, które zazwyczaj można pobrać ze strony internetowej producenta.

• Opóźnienie pin-pakiet wprowadza niechcianą indukcyjność do szybkiej PCB, ale możesz uwzględnić wynikające opóźnienie w symulacjach integralności sygnału dla dokładnego trasowania.

  Dowiedz się więcej o opóźnieniach pin-pakiet w układach scalonych i twojej PCB.

• Złożone płytki mają złożone pasożytnicze, a do zapewnienia dokładności impedancji i opóźnienia propagacji potrzebny jest rozwiązywacz pola elektromagnetycznego.

  Zobacz, jak zintegrowany rozwiązywacz pola zapewnia dokładne obliczenia opóźnienia propagacji i impedancji.

• Projektowanie z kontrolowaną impedancją pomoże zmniejszyć Twoją zależność od sieci zakończeniowych, co zwalnia miejsce na płytce dla ścieżek i innych komponentów.

  Dowiedz się więcej o projektowaniu i trasowaniu z kontrolowaną impedancją.

Wyniki symulacji parametrycznej z rezystorem szeregowym dla dopasowania impedancji

Kompletny zestaw narzędzi do projektowania wysokich prędkości w Altium Designer

Funkcje układu PCB i narzędzia do trasowania w Altium Designer integrują się z potężnym pakietem symulacyjnym, dając Ci możliwość skutecznego poruszania się po zawiłościach Twojej szybkiej płytki, zarówno przed, jak i po zakończeniu trasowania. Zintegrowany rozwiązywacz pola w Altium Designer zapewnia, że Twoje szybkie sygnały dotrą do celu bez nadmiernego skosu, jednocześnie utrzymując kontrolę impedancji. Tylko Altium Designer łączy wszystkie te funkcje i wiele innych w jednym programie.

Projektowanie PCB wysokiej prędkości z zasadami w Altium Designer

Altium Designer zawiera narzędzia do analizy integralności sygnału i integralności zasilania w jednym programie, które bezpośrednio integrują się ze standardowymi funkcjami CAD i układania. Wszystkie te narzędzia używają tego samego formatu danych i są dostępne równolegle z danymi układu płytki drukowanej. Wszystkie funkcje projektowania i analizy w Altium Designer opierają się na tym samym silniku projektowania zasadami, co pozwala sprawdzać projekt względem standardowych i specyficznych zasad projektowania podczas tworzenia twojej płytki drukowanej.

• Zintegrowane środowisko projektowe w Altium Designer unifikuje twoje ważne funkcje projektowe na jednym silniku projektowania zasadami. Możesz definiować tolerancje impedancji, analizować przeploty i transjenty, i wiele więcej w jednym programie.

  Dowiedz się więcej o zjednoczonym środowisku projektowym w Altium Designer.

• Altium Designer zawiera najlepsze funkcje do projektowania PCB wysokiej prędkości, w tym narzędzia do symulacji i weryfikacji zasad projektowania w jednym programie projektowym.

  Dowiedz się więcej o projektowaniu wysokiej prędkości w Altium Designer.

• Interaktywne funkcje trasowania w Altium Designer dają ci kontrolę nad czasowaniem sygnałów i ścieżkami trasowania. Będziesz miał narzędzia do kontroli impedancji na twojej płytce i możesz synchronizować swoje sygnały za pomocą narzędzi do dopasowywania długości ścieżek.

  Dowiedz się więcej o interaktywnych narzędziach trasowania w Altium Designer.

Jeśli nie znasz się na projektowaniu wysokich prędkości lub pracy z narzędziami do analizy integralności sygnału, Altium zapewnia dostęp do zasobów, które są potrzebne, aby stać się liderem w branży projektowania PCB. Będziesz miał dostęp do forum AltiumLive, obszernej bazy wiedzy, podcastów i webinarów od ekspertów branżowych oraz szczegółowych samouczków dotyczących funkcji. Żadna inna firma oferująca oprogramowanie do projektowania PCB nie zapewnia tak wielu zasobów na drodze do sukcesu.

Altium Designer oferuje wiele innych funkcji poza narzędziami do analizy integralności sygnału dla projektowania PCB wysokich prędkości. Narzędzia do układania są zbudowane na tej samej silniku projektowym opartym na regułach i modelu danych co funkcje integralności sygnału, co pozwala tym narzędziom pracować w ramach ograniczeń twojego projektu. Będziesz również mógł przygotować swoją płytę do produkcji, wygenerować specyfikację materiałową i inne materiały dostarczane do montażu oraz zarządzać źródłami komponentów. Wszystkie te narzędzia są dostępne w jednym programie, co pozwala zrealizować twój kolejny pomysł od koncepcji po gotowy produkt.

Altium Designer na Altium 365 zapewnia niespotykany dotąd poziom integracji w branży elektronicznej, dotychczas zarezerwowany dla świata rozwoju oprogramowania, umożliwiając projektantom pracę z domu i osiąganie niespotykanych poziomów efektywności.

Dotknęliśmy tylko powierzchni możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Możesz sprawdzić stronę produktu, aby uzyskać bardziej szczegółowy opis funkcji lub jeden z Webinarów na Żądanie.