Áp dụng Tính Toàn Vẹn Tín Hiệu trong Quy Trình Thiết Kế Tốc Độ Cao của Bạn

Với tốc độ chuyển mạch trong TTL và các dòng logic mới có khả năng xử lý dữ liệu ở tốc độ Mbps và Gbps, kỹ thuật thiết kế tốc độ cao giờ đây trở nên quan trọng đối với hầu hết các nhà thiết kế PCB. Khi thời gian tăng của tín hiệu số trở nên nhanh hơn, các nhà thiết kế phải hoặc làm cho các kết nối của họ ngắn hơn hoặc phát triển một số chiến lược thiết kế quan trọng để ngăn chặn vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu. Các kỹ sư ngày nay cần một bộ công cụ hoàn chỉnh cho mô phỏng và phân tích tính toàn vẹn tín hiệu trong quy trình thiết kế PCB tốc độ cao của họ. Bây giờ bạn có thể truy cập vào các tính năng tính toàn vẹn tín hiệu mạnh mẽ nhất cùng với các công cụ định tuyến và bố trí mạnh mẽ cho các bảng mạch tốc độ cao. Hãy thử Altium Designer, ứng dụng thiết kế PCB tốt nhất của ngành cho thiết kế PCB tốc độ cao.

ALTIUM DESIGNER

Một gói thiết kế PCB thống nhất tích hợp các công cụ tính toàn vẹn tín hiệu cùng với các tính năng thiết kế PCB tốc độ cao tiên tiến.

Thiết kế PCB tốc độ cao bao gồm một số nhiệm vụ thách thức nhất mà một kỹ sư điện có thể đảm nhận. Một quan niệm sai lầm phổ biến là thiết kế PCB tốc độ cao là một chức năng của tần số đồng hồ hệ thống. Thực ra, tốc độ cao được xác định bởi thời gian tăng của tín hiệu. Mối quan hệ giữa chiều dài và thời gian tăng xác định liệu có cần kiểm soát trở kháng với thiết kế xếp chồng PCB hay không và nếu bạn cần chỉ định chiều rộng đường dẫn.

Ngoài ra, việc đồng bộ thời gian giữa các tín hiệu là rất quan trọng để đảm bảo dữ liệu được đồng bộ hóa trên toàn bảng mạch. Trước đây, các kỹ sư buộc phải xử lý việc điều chỉnh thời gian và chiều dài bằng cách theo dõi mọi thứ trên bảng tính. Điều này cho phép họ theo dõi từng đoạn chiều dài riêng lẻ cho một mạng, độ sâu của via, chiều dài của điện trở, và chiều dài của chân. Sau khi cộng tất cả lại cho mỗi mạng, sau đó thêm chiều dài tín hiệu ở nơi cần thiết, điều này cho phép họ cân bằng chiều dài của tất cả các mạng trong nhóm. Đây là một phương pháp lỗi thời trong việc khớp chiều dài và thiết kế tốc độ cao nói chung, vừa cồng kềnh vừa tốn thời gian.

Altium Designer được xây dựng đặc biệt cho thiết kế PCB tốc độ cao và có thể giúp bạn đưa sản phẩm tiên tiến vào sản xuất quy mô lớn. Các hệ thống tốc độ cao phức tạp cần tuân thủ nhiều quy tắc thiết kế, và Altium Designer cung cấp cho bạn các công cụ cần thiết để tạo thành công các quy tắc thiết kế và đảm bảo tuân thủ. Dưới đây là cách Altium Designer làm cho việc thiết kế PCB tốc độ cao trở nên dễ dàng và những điều cần chú ý trong bảng mạch tốc độ cao của bạn.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

Tín hiệu tốc độ cao trên một mạng dài giữa một nguồn và hai bộ thu.

Vấn đề Tính Toàn Vẹn Tín Hiệu Thông Thường trong Thiết Kế PCB Tốc Độ Cao

Các nhà thiết kế phải đối mặt với nhiều vấn đề về độ tin cậy tín hiệu khi thiết kế PCB tốc độ cao. Các vấn đề về độ tin cậy tín hiệu phổ biến nhất trong thiết kế PCB tốc độ cao bao gồm:

• Nhiễu chéo
• Phản xạ và kiểm soát trở kháng
• Lệch pha giữa các mạch song song
• Độ trễ của chân gói

Những vấn đề này có thể khó dự đoán bằng các phương trình và công thức, nhưng chúng có thể được phân tích bằng một trình mô phỏng độ tin cậy tín hiệu mạnh mẽ. Bộ công cụ bố trí đúng đắn sẽ đảm bảo rằng các đường truyền tín hiệu tốc độ cao của bạn không vi phạm các ràng buộc thiết kế quan trọng. Cuối cùng, phần mềm thiết kế tích hợp máy giải trường sẽ đảm bảo các đường dẫn của bạn có trở kháng nhất quán để ngăn chặn sự méo mó của tín hiệu tốc độ cao.

Độ Tin Cậy Tín Hiệu PCB Tốc Độ Cao Bắt Đầu Từ Cấu Trúc Xếp Chồng PCB Của Bạn

Thiết kế cấu trúc xếp chồng đòi hỏi việc chọn lựa sắp xếp phù hợp của các lớp nguồn, mặt đất và tín hiệu trong một bảng mạch. Cấu trúc xếp chồng quyết định hằng số điện môi hiệu quả của các đường dẫn trong một lớp tín hiệu, điều này lại quyết định trở kháng của một đường dẫn trong mạch in. Hằng số điện môi hiệu quả sau đó ảnh hưởng đến độ trễ truyền dẫn giữa nguồn và tải dọc theo một kết nối và quyết định liệu một đường dẫn cụ thể có hoạt động như một đường truyền tín hiệu hay không.

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges

Explore Solutions

Việc đặt mặt đất một cách khôn ngoan trong một bảng mạch đa lớp có thể mang lại một số lợi ích:Các lớp mặt đất liền kề với các lớp tín hiệu sẽ giúp giảm nhiễu chéo và khả năng bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) trong các đường dẫn đó vì chúng sẽ có độ tự cảm vòng thấp.

• Đặt các lớp nguồn và mặt đất gần nhau sẽ giảm biên độ dao động của PDN bằng cách cung cấp dung lượng ghép nối lớn. Điều này cực kỳ quan trọng trong các PCB tốc độ cao mức độ thấp.

Các tín hiệu số hoặc tương tự mức thấp cũng có thể được đặt giữa hai lớp nhằm cung cấp sự che chắn lớn hơn chống lại nhiễu điện từ. Thách thức định tuyến của bạn là lên kế hoạch cho đường trở về của tín hiệu PCB tốc độ cao sao cho bạn không tạo ra độ tự cảm vòng lớn cho dòng điện trên lớp mặt đất.

• Đường trở về tín hiệu trong bảng mạch của bạn sẽ ảnh hưởng đến khả năng bị nhiễu chéo và EMI trong thiết kế tốc độ cao.

  Tìm hiểu thêm về việc lên kế hoạch cho đường trở về trong thiết kế PCB tốc độ cao.

• Cấu trúc lớp của bạn cũng ảnh hưởng đến khả năng miễn dịch với nhiễu chéo và EMI. Thiết kế PCB tốc độ cao thành công dựa trên việc tạo ra cấu trúc lớp phù hợp cho bảng mạch mới của bạn.

  Tìm hiểu thêm về việc xây dựng cấu trúc lớp của bạn cho thiết kế kiểm soát trở kháng.

• Làm việc với thiết kế PCB tốc độ cao đòi hỏi hiểu biết về các nguồn gây méo tín hiệu trong bảng mạch của bạn.

  Tìm hiểu thêm về méo tín hiệu trong thiết kế PCB tốc độ cao.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Thiết kế PCB tốc độ cao của bạn sẽ không duy trì được tính toàn vẹn của tín hiệu trừ khi bạn thiết kế đúng cấu trúc xếp chồng để kiểm soát trở kháng.

Định tuyến và Tính toàn vẹn Tín hiệu trong Thiết kế PCB Tốc độ Cao

Sau khi bạn đã thiết kế xong cấu trúc xếp chồng của PCB, bạn sẽ cần phải xem xét trở kháng đường dẫn và độ trễ truyền dẫn khi định tuyến cho bảng mạch in của mình. Cả hai đại lượng này đều được xác định bởi dung kháng và cảm kháng nhiễu của đường dẫn và các yếu tố dẫn điện khác trong một bảng mạch in thực tế.

Khi định tuyến thiết kế và bố trí PCB tốc độ cao, tiêu chuẩn tín hiệu của bạn có thể yêu cầu bạn duy trì kiểm soát trở kháng trên toàn bộ bo mạch của mình. Nếu bạn thiết kế cấu trúc xếp chồng của mình một cách chính xác, và bạn kích thước đường dẫn của mình một cách phù hợp, bạn có thể đảm bảo trở kháng trong các đường dẫn mạch của bạn giữ được sự nhất quán trên toàn bộ bố trí PCB của mình. Phần mềm thiết kế tốt nhất sẽ sử dụng một trình giải pháp trường tích hợp để áp dụng các tính toán trở kháng thời gian thực trong PCB tốc độ cao của bạn để đảm bảo bạn tuân thủ các tiêu chuẩn định tuyến của mình. Tuy nhiên, trở kháng không phải là toàn bộ câu chuyện, và máy tính trở kháng của bạn cần phải xác định tính toán độ trễ truyền dẫn cho tín hiệu của bạn để ngăn chặn sự lệch pha.

Định tuyến kiểm soát trở kháng trong Altium Designer

Xem xét Độ Trễ Gói Chân

Trong mọi thiết kế tốc độ cao vượt qua khoảng 500 MHz, dây nối tới một mạch tích hợp tạo ra một số độ tự cảm gây ra sự chậm trễ cho tín hiệu. Độ trễ này trong thiết bị được gọi là độ trễ gói chân. Chiều dài gói chân có thể được định nghĩa như một thuộc tính chân linh kiện trong sơ đồ của bạn. Điều này tạo ra một độ trễ bổ sung mà tín hiệu nhìn thấy, điều này cần được tính toán khi bạn đang định tuyến bảng mạch của mình.

Như thường lệ, các mô hình mô phỏng là cần thiết để thực hiện mô phỏng. Trong trường hợp của một mô phỏng tính toán tín hiệu, các mô hình IBIS là cần thiết cho tất cả IC được kết nối với các tín hiệu mà chúng ta muốn mô phỏng. Altium Designer có thể giúp bạn quản lý các mô hình IBIS cho các thành phần cơ bản, như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, kết nối, transistor, diode, và nhiều hơn nữa. Điều duy nhất bạn cần quan tâm là tìm kiếm các mô hình mô phỏng cho IC, thường có thể được tải xuống từ trang web của nhà sản xuất.

• Độ trễ gói chân giới thiệu độ tự cảm không mong muốn vào một PCB tốc độ cao, nhưng bạn có thể bao gồm độ trễ kết quả trong các mô phỏng tính toán tín hiệu của mình để định tuyến chính xác.

  Tìm hiểu thêm về độ trễ gói chân trong mạch tích hợp và PCB của bạn.

• Các bảng mạch phức tạp có các thành phần nhiễu phức tạp, và cần có một bộ giải quyết trường điện từ để đảm bảo rằng trở kháng và độ trễ truyền tải của bạn chính xác.

  Xem cách một bộ giải trường tích hợp cung cấp tính toán độ trễ truyền tải và trở kháng chính xác.

• Thiết kế kiểm soát trở kháng sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào mạng lưới kết thúc, giải phóng không gian bảng mạch cho các đường dẫn và các thành phần khác trên bảng mạch của bạn.

  Tìm hiểu thêm về thiết kế và định tuyến kiểm soát trở kháng.

Kết quả mô phỏng tham số với một điện trở nối tiếp cho việc khớp trở kháng

Một Bộ Công Cụ Thiết Kế Tốc Độ Cao Hoàn Chỉnh trong Altium Designer

Các tính năng bố trí PCB và tiện ích định tuyến trong Altium Designer tích hợp với một gói mô phỏng mạnh mẽ, cho phép bạn thành công trong việc điều hướng những phức tạp của bảng mạch tốc độ cao của mình, cả trước và sau khi bạn hoàn thành việc định tuyến. Bộ giải trường tích hợp trong Altium Designer đảm bảo các tín hiệu tốc độ cao của bạn đến nơi đích mà không có sự chênh lệch quá mức trong khi duy trì kiểm soát trở kháng. Chỉ có Altium Designer hợp nhất tất cả các tính năng này và nhiều hơn nữa trong một chương trình duy nhất.

Thiết Kế PCB Tốc Độ Cao Theo Quy Tắc trong Altium Designer

Altium Designer bao gồm các công cụ phân tích tính toàn vẹn tín hiệu và tính toàn vẹn nguồn trong một chương trình duy nhất, và những công cụ này tích hợp trực tiếp với các tính năng CAD và bố trí tiêu chuẩn. Tất cả các công cụ này sử dụng cùng một định dạng dữ liệu và có thể truy cập cùng với dữ liệu bố trí mạch in của bạn. Tất cả các tính năng thiết kế và phân tích trong Altium Designer đều được xây dựng trên cùng một động cơ thiết kế theo quy tắc, cho phép bạn kiểm tra thiết kế của mình đối với các quy tắc thiết kế tiêu chuẩn và cụ thể khi bạn tạo ra bảng mạch in của mình.

• Môi trường thiết kế tích hợp trong Altium Designer thống nhất các tính năng thiết kế quan trọng của bạn trên cùng một động cơ thiết kế theo quy tắc. Bạn có thể xác định dung sai trở kháng, phân tích nhiễu chéo và biến động, và nhiều hơn nữa trong một chương trình duy nhất.

  Tìm hiểu thêm về môi trường thiết kế tích hợp của Altium Designer.

• Altium Designer chứa các tính năng tốt nhất cho thiết kế PCB tốc độ cao, bao gồm các công cụ mô phỏng và xác minh quy tắc thiết kế trong một chương trình thiết kế duy nhất.

  Tìm hiểu thêm về thiết kế tốc độ cao trong Altium Designer.

• Các tính năng định tuyến tương tác trong Altium Designer cho bạn kiểm soát về thời gian tín hiệu và đường dẫn định tuyến. Bạn sẽ có công cụ để kiểm soát trở kháng trên bảng mạch của mình và bạn có thể giữ cho các tín hiệu được đồng bộ hóa với các công cụ khớp chiều dài dấu vết.

  Tìm hiểu thêm về các công cụ định tuyến tương tác trong Altium Designer.

Nếu bạn chưa quen với thiết kế tốc độ cao hoặc làm việc với các công cụ tính toán độ tin cậy của tín hiệu, Altium cung cấp cho bạn quyền truy cập vào các nguồn lực bạn cần để trở thành một nhà lãnh đạo trong ngành công nghiệp thiết kế PCB. Bạn sẽ có quyền truy cập vào diễn đàn AltiumLive, một cơ sở kiến thức rộng lớn, podcast và webinar từ các chuyên gia trong ngành, cũng như các hướng dẫn chi tiết về tính năng. Không có công ty phần mềm thiết kế PCB nào khác cung cấp cho bạn nhiều nguồn lực cho sự thành công như vậy.

Altium Designer bao gồm nhiều tính năng khác ngoài các công cụ phân tích độ tin cậy tín hiệu cho thiết kế PCB tốc độ cao. Các công cụ sắp xếp được xây dựng trên cùng một động cơ thiết kế theo quy tắc và mô hình dữ liệu như các tính năng độ tin cậy tín hiệu, cho phép các công cụ này hoạt động trong các ràng buộc thiết kế của bạn. Bạn cũng sẽ có thể chuẩn bị bảng mạch của mình cho việc sản xuất, tạo ra bảng kê vật liệu và các sản phẩm giao hàng khác cho việc lắp ráp, và quản lý nguồn linh kiện của bạn. Tất cả các công cụ này đều có mặt trong một chương trình duy nhất, cho phép bạn biến ý tưởng tiếp theo của mình từ một khái niệm thành một sản phẩm hoàn chỉnh.

Altium Designer trên Altium 365 mang lại một lượng tích hợp chưa từng có cho ngành công nghiệp điện tử cho đến nay, trước đây chỉ giới hạn trong thế giới phát triển phần mềm, cho phép các nhà thiết kế làm việc từ nhà và đạt được mức độ hiệu quả chưa từng có.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề nổi của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể kiểm tra trang sản phẩm để biết mô tả tính năng sâu hơn hoặc một trong những Hội thảo Trực tuyến Theo yêu cầu.