Применение целостности сигнала в процессе проектирования высокоскоростных устройств

С увеличением скорости переключения в логических семействах TTL и более новых, достаточной для обработки данных на скоростях Mbps и Gbps, техники проектирования высокоскоростных устройств становятся критически важными для практически каждого разработчика печатных плат. По мере увеличения скорости нарастания сигналов, разработчики должны либо укорачивать свои соединения, либо разрабатывать важные стратегии проектирования для предотвращения проблем с целостностью сигнала. Современным инженерам необходим полный набор инструментов для симуляций и анализа целостности сигналов в процессе проектирования высокоскоростных печатных плат. Теперь вы можете получить доступ к самым мощным функциям целостности сигнала вместе с мощными инструментами трассировки и размещения для высокоскоростных печатных плат. Попробуйте Altium Designer, лучшее в отрасли приложение для проектирования печатных плат высокой скорости.

ALTIUM DESIGNER

Единый пакет для проектирования печатных плат, который интегрирует инструменты для анализа целостности сигналов вместе с передовыми функциями проектирования высокоскоростных печатных плат.

Проектирование высокоскоростных печатных плат включает в себя некоторые из самых сложных задач, с которыми может столкнуться электроинженер. Распространенное заблуждение заключается в том, что высокоскоростное проектирование печатных плат зависит от частоты системного тактового сигнала. На самом деле, высокая скорость определяется временем нарастания сигнала. Отношение между длиной и временем нарастания определяет, нужен ли контроль импеданса с помощью проектирования стека печатной платы и необходимо ли указывать ширину дорожек.

Кроме того, синхронизация времени между сигналами критически важна для обеспечения синхронизации данных по всей плате. Раньше инженерам приходилось сталкиваться с настройкой времени и длины, отслеживая все в таблицах. Это позволяло им отслеживать каждый отдельный сегмент длины для сети, глубину переходных отверстий, длины резисторов и контактных выводов. После суммирования всех этих значений для каждой сети, а затем добавления длины сигнала там, где это необходимо, они могли уравнять длины всех сетей в группе. Это устаревший метод согласования длин и, в целом, проектирования высокоскоростных устройств, который является как громоздким, так и времязатратным.

Altium Designer специально создан для проектирования печатных плат высокой скорости и может помочь вам довести сложные продукты до полномасштабного производства. Сложные высокоскоростные системы должны соответствовать множеству правил проектирования, и Altium Designer предоставляет вам необходимые инструменты для успешного создания правил проектирования и обеспечения их соблюдения. Вот как Altium Designer упрощает проектирование печатных плат высокой скорости и на что следует обратить внимание в вашей высокоскоростной печатной плате.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

Высокоскоростные сигналы на длинной линии между источником и двумя приемниками.

Распространенные проблемы целостности сигнала при проектировании печатных плат высокой скорости

Дизайнеры сталкиваются с множеством проблем целостности сигнала при проектировании высокоскоростных печатных плат. Наиболее распространенные проблемы целостности сигнала в высокоскоростном проектировании печатных плат включают в себя:

• Перекрестные помехи
• Отражения и контроль импеданса
• Сдвиг между параллельными сетями
• Задержка в пакете выводов

Эти проблемы может быть сложно предсказать с помощью уравнений и формул, но их можно анализировать с помощью мощного симулятора целостности сигнала. Правильный набор инструментов для размещения обеспечит, чтобы ваши высокоскоростные сигнальные пути не нарушали важные ограничения проектирования. Наконец, программное обеспечение для проектирования с интегрированным решателем поля обеспечит постоянный импеданс ваших дорожек, чтобы предотвратить искажение высокоскоростных сигналов.

Целостность сигнала высокоскоростной печатной платы начинается с вашего стека слоев PCB

Проектирование стека слоев требует выбора подходящего расположения слоев питания, земли и сигналов на печатной плате. Стек определяет эффективную диэлектрическую постоянную дорожек на сигнальном слое, которая, в свою очередь, определяет импеданс дорожки на печатной плате. Эффективная диэлектрическая постоянная затем влияет на задержку распространения между источником и нагрузкой вдоль соединения и определяет, будет ли данная дорожка действовать как линия передачи.

Конструирование высокоскоростных печатных плат

Простые решения для сложных задач проектирования высокоскоростных печатных плат

Изучите предлагаемые решения

Осмотрительное размещение заземляющих плоскостей на многослойной плате может предоставить ряд преимуществ:

1. Земляные слои, расположенные рядом со слоями сигналов, помогут подавлять перекрестные помехи и уязвимость к электромагнитным помехам (EMI) в этих трассах, поскольку они будут иметь низкую индуктивность петли.
2. Размещение слоев питания и земли близко друг к другу подавит пульсации PDN, обеспечивая большую развязывающую емкость. Это чрезвычайно важно для печатных плат высокой скорости с низким уровнем сигналов.

Цифровые или аналоговые сигналы низкого уровня также могут быть размещены между двумя плоскостями для обеспечения лучшей защиты от электромагнитных помех. Ваша задача при трассировке - спланировать путь возврата для сигналов печатной платы высокой скорости таким образом, чтобы не создавать большую индуктивность петли для токов в земляном слое.

• Путь возврата сигнала на вашей плате будет влиять на уязвимость к перекрестным помехам и EMI в конструкции высокой скорости.

  Узнайте больше о планировании путей возврата в дизайне печатных плат высокой скорости.

• Ваш слойный стек также влияет на иммунитет к перекрестным помехам и EMI. Успешный дизайн печатной платы высокой скорости зависит от создания правильного слойного стека для вашей новой платы.

  Узнайте больше о построении вашего слойного стека для дизайна с контролируемым импедансом.

• Работа с дизайном печатных плат высокой скорости требует понимания источников искажений в вашей плате.

  Узнайте больше об искажении сигналов в дизайне печатных плат высокой скорости.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Ваша печатная плата высокой скорости не сможет поддерживать целостность сигнала, если вы не спроектируете правильный стек слоев для контроля импеданса.

Трассировка и целостность сигнала в дизайне печатных плат высокой скорости

После того как стек слоев вашей печатной платы будет спроектирован, вам нужно будет учитывать импеданс трасс и задержку распространения при трассировке вашей печатной платы. Обе величины определяются паразитной емкостью и индуктивностью для трасс и других проводящих элементов в реальной печатной плате.

При трассировке дизайна и компоновки печатной платы высокой скорости ваш стандарт сигнализации может требовать от вас поддержания контроля импеданса по всей плате. Если вы правильно спроектировали ваш стек слоев и правильно подобрали размеры ваших трасс, вы можете обеспечить постоянство импеданса в трассах вашей печатной платы на протяжении всей компоновки. Лучшее программное обеспечение для дизайна будет использовать интегрированный решатель поля для применения расчетов импеданса в реальном времени в вашей печатной плате высокой скорости, чтобы вы соответствовали стандартам трассировки. Однако импеданс - это не все, и ваш калькулятор импеданса должен определить задержку распространения для ваших сигналов, чтобы предотвратить сдвиг.

Трассировка с контролем импеданса в Altium Designer

Учет задержки в пакете контактов

В каждом высокоскоростном дизайне с частотой свыше примерно 500 МГц, соединительный провод к кристаллу интегральной схемы создает некоторую индуктивность, которая вносит задержку в сигнал. Эта задержка в устройстве называется задержкой «контакт-корпус». Длины контакт-корпус могут быть определены как атрибут вывода компонента в вашей схеме. Это вводит дополнительную задержку, учитываемую сигналом, которую необходимо учитывать при трассировке вашей печатной платы.

Как обычно, для проведения симуляции требуются модели симуляции. В случае симуляции целостности сигнала требуются модели IBIS для всех ИС, подключенных к сигналам, которые мы хотим симулировать. Altium Designer может помочь вам управлять моделями IBIS для базовых компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, индуктивности, разъемы, транзисторы, диоды и многое другое. Единственное, о чем вам нужно беспокоиться, это поиск моделей симуляции для ИС, которые обычно можно скачать с веб-сайта производителя.

• Задержка «контакт-корпус» вносит нежелательную индуктивность в высокоскоростную печатную плату, но вы можете учесть результирующую задержку в симуляциях целостности сигнала для точной трассировки.

  Узнайте больше о задержках «контакт-корпус» в интегральных схемах и вашей печатной плате.

• Сложные платы имеют сложные паразитные эффекты, и для обеспечения точности импеданса и задержки распространения необходим решатель электромагнитных полей.

  Узнайте, как интегрированный решатель полей обеспечивает точные расчеты задержки распространения и импеданса.

• Контроль импеданса в дизайне поможет уменьшить вашу зависимость от сетей терминирования, что освободит место на плате для трасс и других компонентов.

  Подробнее о дизайне с контролируемым импедансом и трассировке.

Параметрические результаты симуляции с последовательным резистором для согласования импеданса

Полный набор инструментов для проектирования высокоскоростных устройств в Altium Designer

Функции размещения на печатной плате и утилиты трассировки в Altium Designer интегрированы с мощным пакетом симуляции, что позволяет вам успешно разобраться со сложностями вашей высокоскоростной платы, как до, так и после завершения трассировки. Интегрированный решатель полей в Altium Designer гарантирует, что ваши высокоскоростные сигналы достигнут своей цели без излишнего сдвига фаз, сохраняя при этом контроль импеданса. Только Altium Designer объединяет все эти функции и многое другое в одной программе.

Проектирование высокоскоростных печатных плат на основе правил в Altium Designer

Altium Designer включает инструменты анализа целостности сигнала и анализа целостности питания в одной программе, которые напрямую интегрируются со стандартными функциями CAD и разметки. Все эти инструменты используют один и тот же формат данных и доступны вместе с данными о компоновке вашей печатной платы. Все функции проектирования и анализа в Altium Designer построены на одном и том же движке проектирования, основанном на правилах, что позволяет вам проверять вашу конструкцию на соответствие стандартным и специфическим правилам проектирования по мере создания вашей печатной платы.

• Интегрированная среда проектирования в Altium Designer объединяет ваши важные функции проектирования на основе единого движка проектирования, управляемого правилами. Вы можете определять допуски импеданса, анализировать перекрестные помехи и переходные процессы, и многое другое в одной программе.

  Узнайте больше о единой среде проектирования в Altium Designer.

• Altium Designer содержит лучшие функции для проектирования высокоскоростных печатных плат, включая инструменты для симуляции и проверки правил проектирования в одной программе проектирования.

  Узнайте больше о проектировании высокоскоростных устройств в Altium Designer.

• Интерактивные функции трассировки в Altium Designer дают вам контроль над временем сигнала и путями трассировки. У вас будут инструменты для контроля импеданса на вашей плате, и вы сможете синхронизировать ваши сигналы с помощью инструментов для согласования длины трасс.

  Узнайте больше об интерактивных инструментах трассировки в Altium Designer.

Если вы не знакомы с проектированием высокоскоростных устройств или работой с инструментами для анализа целостности сигналов, Altium предоставляет вам доступ к ресурсам, необходимым для того, чтобы стать лидером в индустрии проектирования печатных плат. У вас будет доступ к форуму AltiumLive, обширной базе знаний, подкастам и вебинарам от экспертов отрасли, а также подробным учебным руководствам по функциям. Ни одна другая компания, разрабатывающая программное обеспечение для проектирования печатных плат, не предоставляет столько ресурсов для успеха.

Altium Designer включает в себя множество других функций, помимо инструментов анализа целостности сигналов для проектирования высокоскоростных печатных плат. Инструменты компоновки построены на том же движке правил-ориентированного проектирования и модели данных, что и функции анализа целостности сигналов, что позволяет этим инструментам работать в рамках ваших ограничений проектирования. Вы также сможете подготовить вашу плату к производству, сгенерировать спецификацию материалов и другие документы для сборки, а также управлять источниками компонентов. Все эти инструменты представлены в одной программе, позволяя вам превратить вашу следующую идею из концепции в готовый продукт.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентный уровень интеграции для электронной индустрии, который до сих пор был характерен только для мира разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентных уровней эффективности.

Мы только начали знакомство с возможностями Altium Designer на Altium 365. Вы можете посетить страницу продукта для более подробного описания функций или один из вебинаров по запросу.