Wprowadzenie do projektowania PCB wysokiej prędkości: Ścieżki sygnałowe

Czy kiedykolwiek planowałeś podróż lotniczą, gdzie nie ma bezpośredniego lotu do Twojego celu? Ja tak, i jak pewnie już wiesz, to nie problem. Używam planera podróży na stronie mojej linii lotniczej i pozwalam mu rozwiązać każdy szczegół podróży za mnie. Wszystko, co muszę zrobić, to wpisać moje miejsce wyjścia i cel, a planer określa moją trasę—z wystarczającą ilością czasu na moje połączenia. To bułka z masłem.

Czy wyobrażasz sobie, ile Twojego czasu zajęłoby, gdybyś musiał sam zaplanować całą podróż? Musiałbyś badać różne linie lotnicze, loty, godziny odlotów i przylotów, a następnie obliczyć wszystkie te informacje razem, aby wyznaczyć najlepszą trasę.

Podróż lotnicza wymagająca wielu lotów łączonych jest bardzo podobna do ścieżki sygnału na płytce drukowanej. Ścieżka sygnału ma początek i koniec, z kilkoma połączeniami pomiędzy nimi, tak jak podróż lotnicza. I tak jak musisz zaplanować swoją trasę, próba trasowania ścieżki sygnału na PCB wymaga określenia długości i parametrów wszystkich indywidualnych sieci—co w najlepszym przypadku jest propozycją czasochłonną.

Na szczęście mamy do dyspozycji narzędzia do projektowania układów PCB, które mogą zarządzać ścieżkami sygnałowymi w taki sam sposób, jak narzędzia do planowania podróży na stronach internetowych linii lotniczych służą do organizowania wycieczek. Spójrzmy na ścieżki sygnałowe i to, jak dzisiejsze narzędzia do projektowania układów PCB mogą pomóc Ci w pracy z nimi. Nie mogę obiecać Ci bezproblemowej podróży na jakąś egzotyczną wyspę, ale mogę obiecać lepsze zrozumienie tego, jak możesz pracować ze ścieżkami sygnałowymi w swojej kolejnej projektowanej płytce PCB wysokiej prędkości.

Co to jest Ścieżka Sygnałowa?

Ścieżka sygnałowa to droga, którą sygnał pokonuje od swojego źródła przez wiele komponentów i sieci do swojego celu. Na przykład, rozważmy prostą linię transmisyjną pomiędzy dwoma częściami, które mają rezystor końcowy w linii. Pierwsza sieć łączy pin sterujący z jednym końcem rezystora, podczas gdy druga sieć łączy drugi koniec rezystora z pinem odbiornika. W systemie CAD są to dwie różne sieci, ale dla celów projektowania wysokiej prędkości, te dwie sieci tworzą jedną ścieżkę sygnałową.

Gdy projektujesz szybką płytę PCB, możesz kontrolować impedancję swoich ścieżek poprzez szerokość śladu oraz sposób, w jaki określasz układ warstw płyty. Możesz również kontrolować długość ścieżek orazdopasować te długości ścieżek do innych ścieżek. Kolejnym krokiem w rozwijaniu umiejętności projektowania szybkich PCB jest trasowanie ścieżek sygnałowych. Nie tylko będziesz musiał trasować ścieżki z kontrolowaną impedancją i dopasowanymi długościami, ale będziesz musiał to robić dla całej ścieżki sygnałowej, a nie tylko dla poszczególnych sieci. Na szczęście, narzędzia CAD używane dzisiaj mogą zaoferować dużo pomocy przy trasowaniu ścieżek sygnałowych.

Konfiguracja ścieżki sygnałowej do trasowania

Aby skonfigurować ścieżkę sygnału, która zapewni dobrą integralność sygnału, utworzysz klasę ścieżki sygnału w swoich narzędziach CAD i przypiszesz do tej klasy odpowiednie sieci. Przy przypisywaniu sieci do klasy ścieżki sygnału możesz przypisać je ręcznie lub, jeśli Twoje oprogramowanie posiada tę opcję, pozwolić narzędziom CAD na automatyczne przypisanie sieci na podstawie określonych przez Ciebie sterowników i odbiorników. Niezależnie od tego, czy przypisujesz sieci ręcznie, czy automatycznie, nadal musisz potwierdzić, że są one w odpowiedniej kolejności. Jest to ważne, aby topologia trasowania sieci ścieżki sygnału była w odpowiedniej kolejności. Wielu projektantów automatycznie przypisuje sieci do swoich klas sygnałowych, a następnie ręcznie zmienia ich kolejność w razie potrzeby.

Po przypisaniu sieci do klasy ścieżki sygnału będziesz mógł następnie określić inne parametry dla klasy ścieżki sygnału. Te parametry obejmują maksymalną i minimalną długość trasowania, która jest dozwolona, oraz maksymalną i minimalną ilość użyć przelotek.