Nel tracciare le tracce del circuito, quali impedenze devo considerare?

Faccio progettazione di circuiti a bassa velocità per microcontrollori e simili (di solito a meno di 20 MHz), e ora sto iniziando su alcuni circuiti ad alta velocità. Quello che voglio sapere è:

• Quali considerazioni devono essere fatte per le tracce nei circuiti ad alta velocità?

• Devo abbinare l'impedenza per ciascuna linea tra due dispositivi ad alta velocità?

• Tutte le tracce devono avere la stessa lunghezza?

• C'è un buon riferimento per queste regole?

• Questo può essere fatto usando strumenti di progettazione di circuiti open source ( gEDA e società)?

(Dovrei dire all'inizio che ho una certa esperienza con le schede nella gamma 100 MHz, ma sono tutt'altro che un esperto.)

Il riferimento canonico è il design digitale ad alta velocità di Johnson and Graham. Johnson ha anche scritto un sequel più avanzato, Propagazione del segnale ad alta velocità, nel 2003.

Puoi organizzare qualsiasi consiglio con gEDA e società, ma può diventare arbitrariamente difficile nella misura in cui vorrei cercare uno strumento migliore se riesci a ottenerlo. Abbinare le lunghezze di molte tracce a mano diventa noioso rapidamente.

Per quanto riguarda ciò che devi effettivamente fare con le tracce, ecco le cose a cui guardo:

1. La lunghezza delle tracce inizia a importare quando le tracce sono più lunghe di 1/6 del fronte di salita di un segnale digitale. Per un tempo di salita di 1 ns su un tipico PCB, il fronte di salita si estende per circa 6 pollici, quindi si desidera che le tracce abbiano una lunghezza inferiore a 1 pollice.

2. Si desidera abbinare la terminazione delle tracce alla loro impedenza caratteristica per evitare segnali riflessi. In pratica, ciò significa mettere a terra una resistenza appena prima che la traccia raggiunga la sua destinazione o mettere una resistenza in serie all'inizio della traccia. Ho trovato i diagrammi nel capitolo 12 di Analog Electronics di Crecraft e Gergely per cui vale la pena fissare per durate estese: http://books.google.com/books?id=lS7qN6iHyBYC&lpg=PP1&ots=cg6ZMM2GI1&dq=analog%20electronics%20crecraft&pg = PA296 # v = snippet & q = propagazione% 20of% 20a% 20pulse & f = false I fogli dati del produttore a volte avranno schemi di terminazione raccomandati.

3. All'aumentare della velocità del segnale, è necessario iniziare a preoccuparsi delle tensioni indotte nelle tracce vicine a causa dell'induttanza reciproca e delle correnti che cambiano rapidamente (V = L * di / dt). La gente chiama questo "crosstalk". Ciò significa che è necessario distanziare le tracce l'una dall'altra, utilizzare un piano di massa sotto tutte le tracce e / o inserire tracce di terra ("tracce di guardia") tra le tracce che si sta tentando di isolare.

Questo è tutto ciò di cui in realtà mi preoccupo.

Per segnali digitali ad alta velocità, ti consigliamo di abbinare l'impedenza della traccia all'impedenza di uscita del driver di uscita del segnale. Molte linee di trasmissione del segnale richiedono anche la terminazione. Ciò riduce i riflessi e le interferenze tra simboli. L'impedenza della traccia è determinata principalmente dalla sua larghezza e dallo stack-up del PCB, ma anche il percorso di ritorno del segnale ha un ruolo. Il cambio di layer o l'instradamento di un segnale attraverso un piano di terra diviso creerà discontinuità di impedenza e degraderà la velocità massima alla quale il collegamento può operare.

I requisiti di corrispondenza della lunghezza della traccia saranno determinati dai requisiti di temporizzazione del protocollo bus utilizzato dai segnali. Eb, un'interfaccia di memoria DDR richiederà che i segnali DQ (dati) arrivino entro così tanti pico-secondi del segnale DQS (strobo). Una stima approssimativa della mancata corrispondenza può essere calcolata dalla mancata corrispondenza della lunghezza della traccia e dal ritardo di propagazione della linea di trasmissione. Gli ingegneri per l'integrità del segnale creano analisi più precise dell'inclinazione del tempo eseguendo simulazioni della topologia di routing e dei modelli dei driver I / O.

Un grande riferimento sull'argomento è il libro del Dr. Howard Johnson "Design digitale ad alta velocità: un manuale di magia nera" (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241)

Jason

Tutto dipende davvero da cosa intendi per "alta velocità".

Il fattore più importante per determinare se è necessario terminare è la quantità di tempo necessaria per la propagazione di un fronte di salita. Se il tuo tempo di salita è di 100 ps, ​​non importa se sei 100 MHz o 10 MHz, i riflessi ti faranno ancora male. Ma i riflessi sono un problema solo quando si raggiungono le lunghezze della "linea di trasmissione". Penso che sia qualcosa del genere ... per ogni 300 ps di tempo di salita puoi andare avanti di circa un centimetro senza interruzione. Quindi, per un tempo di salita di 0,9 ns, puoi andare circa tre pollici.

Per quanto riguarda l'impedenza delle tracce, dovresti google "microstrip". Avrai bisogno di un solido piano di massa sotto la traccia. Quindi, la distanza della traccia dal piano (determinata dallo stackup della scheda) e la larghezza della traccia, dovrebbero in gran parte determinare l'impedenza della traccia. Molti strumenti di progettazione PCB calcolano automaticamente l'impedenza di traccia per te.

Non è necessario rendere le tracce della stessa lunghezza a meno che il circuito non lo richieda. Ad esempio, le memorie DDR lo richiedono entro una certa quantità e le tracce differenziali lo richiedono.

Lo standard per la simulazione è HyperLynx (di Mentor). LineSim lo fa pre-layout; BoardSim lo fa dopo il layout.