Bits de Brooks: ¿Por qué debemos creer sus reglas de diseño?

Douglas G. Brooks, PhD

Hace unos años, al final de mi seminario de un día "Asuntos de Integridad de señal y diseño PCB", un estudiante me preguntó lo siguiente:

Escuchamos todos los días a las reglas de su diseño, y luego sentarse a través de (Sr. X) seminario y escuchar algunas reglas de diseño diferentes. Entonces miro a algunos productos comerciales, como placas madre para computadoras y tarjetas de memoria, y los chicos no siguen ninguna de las normas que oímos. ¿Por qué creemos que sus reglas de diseño?

Wow. grupo difícil. Difícil pregunta.

En realidad, es una pregunta muy buena y la gente necesita entender la respuesta. ("Porque soy más inteligente que los demás" no es la respuesta correcta!) Así que aquí va.

Hay cuatro razones por las que puede ver o escuchar las normas en conflicto de diseño:

1. Honesto desacuerdo entre los profesionales.
2. Contexto (tal vez la razón más importante).
3. Algunas personas son lisa y llanamente equivocado!
4. Recursos.

Nota especial: En algunos de los ejemplos siguientes me referiré a los libros de Eric Bogatin y Howard Johnson (Nota 1). Antes de empezar quiero ser absolutamente claro que creo que Eric y Howie son dos de las personas más inteligentes en nuestra industria, y tengo un gran respeto por ambos.Absolutamente nada de lo que sigue debe interpretarse como una crítica de cualquiera de ellos.

Honesto desacuerdo

A veces no hay verdad absoluta respecto a un tema, y no puede haber desacuerdos honestos entre los oradores y autores. Uno de mis favoritos si implica huellas diferenciales deben ser colocados juntos (con "fuerte" de acoplamiento) o más, aparte, con un mínimo acoplamiento.

El argumento es el siguiente: Para las señales diferenciales, las señales en las huellas son iguales y opuestas. Por lo tanto las huellas definir el área de bucle. Desde que EMI está directamente relacionada con el área de bucle, huellas deben ser colocados juntos para reducir al mínimo la EMI. Eric ha argumentado apasionadamente a mí en los correos electrónicos y en algunos seminarios que este argumento no es cierto. Basa su razonamiento en el hecho de que la corriente de retorno es en el plano con las huellas y por lo tanto las áreas de bucle son pequeños, no importa lo lejos que están las huellas (p. 492).

Howie, sin embargo, dice que esto (p. 405):

Señales diferenciales irradian menos que las señales de una sola terminal.Esa es una de las ventajas de la lógica diferencial. Si las dos señales complementarias de un par diferencial son perfectamente equilibrada, el grado de cancelación de campo está determinada en su totalidad por la separación entre las huellas. (Pero, véase también la nota 2.)

En mi libro (pp. 256-257) argumenta que las huellas deben estar juntos.

Todos los autores convienen además en que existen otras consideraciones de diseño que favorecen o enrutamiento huellas muy juntas o más alejados.Es todo muy confuso, y hasta donde yo sé no existe una verdad última que puede confiar. Este es un ejemplo perfecto de desacuerdo legítimo y honesto entre las personas profesionales y capaces.

Contexto

Hay un montón de problemas en la integridad de la señal. Cuando estamos hablando de uno de ellos es muy importante entender el contexto en que la discusión se lleva a cabo. Lo que es cierto en un contexto no puede ser cierto en un contexto diferente. Todos los líderes buen seminario y autores, que yo sepa es cuidadoso para tratar de aclarar el contexto en torno a sus conversaciones . Corresponde al lector / estudiante a prestar atención y comprender este contexto . No es suficiente (de hecho es malo) para memorizar simplemente un conjunto de reglas de diseño. Es necesariotambién entender por qué y dónde se aplican las reglas de diseño.

Por ejemplo, en la página 390, Howie escribe "Normalmente establecer el (diferencial) de seguimiento de separación alrededor de 4 veces la huella de altura, h ". Pero en la página 405 (citado arriba) sugiere que más es mejor.Otros lugares que da argumentos para el encaminamiento de las juntas y aparte más. Pero hay que entender el contexto de estas citas. En la p. 390 que habla de seguimiento de la impedancia. Enrutamiento huellas diferencial juntos trae problemas de impedancia diferencial en juego, y por lo tanto la posible necesidad de ajustar el ancho de traza para compensar la diferencia de impedancia. Sin embargo, Howie no le gusta tener que ajustar las anchuras de seguimiento (y puede que ya les ajustado al mínimo el fabricante lo permita.) Por lo tanto, le gusta mantener las huellas separadas para que pueda mantener un seguimiento constante de ancho. La cita en la página 405 se refiere a EMI, no impedancia. Al prestar atención al contexto, se comprenderá que no hay inconsistencias en las declaraciones.

Una de mis ilustraciones favoritas en este caso supone la señal diferencial de traza de longitud (o no tienen que ser iguales.) No hay un líder / autor que sostiene que los restos diferencial no es necesario tener la misma longitud, porque los márgenes de tiempo y los presupuestos son suficientes a tolerar una diferencia significativa en la traza de longitud. Por lo tanto, no requiere de cuidados especiales para que coincida con la longitud. Esto es absolutamente cierto. E irrelevante! La razón para el encaminamiento de las trazas con la misma longitud tiene que ver con la conversión de modo común y modo de EMI no, señal de tiempo! (Ver Nota 3).

A veces sucede que las reglas de diseño se excluyen mutuamente y no pueden cumplirse todas. Por ejemplo, dos reglas de diseño comunes son que (A) (estrechamente relacionadas) rastros diferencial debe mantener un diferencial de impedancia constante (y por lo tanto, la separación permanente de seguimiento) en toda su longitud y que (b) la longitud debe ser igual por razones de EMI. Si las rutas diferencial par en una esquina, estas normas de diseño son excluyentes entre sí - que no pueden ser satisfechas. Así que ¿cuál compromiso? Si usted entiende los contextos, se dará cuenta que en modo común EMI es probablemente más grave de lo que es una discontinuidad de impedancia corta, por lo que es la regla de igual longitud que domina.

Algunas personas están equivocadas!

La mayoría de nosotros creemos que es malo para dirigir una huella más de una división en un avión. Hay tres cosas malas que pueden suceder: la discontinuidad de impedancia, EMI, y la interferencia (véase la Nota 4). Un autor que sé está en desacuerdo con esto y realizó una prueba para probar su punto. Expuso una traza sobre un plano y ha diseñado una ranura en el plano.Luego se midió la discontinuidad de impedancia con un TDR y encontró un efecto significativo. A continuación, pronunció una verdad universal que no hay nada malo con las ranuras de los aviones! Se equivoca en varios puntos. Una es que un solo experimento no define una verdad universal. Otra es que se mide (tal vez) la impedancia, pero no EMI o interferencia.

Pero hubo otro, mucho más grave defecto en el diseño de su experimento. No dijo esto, pero si usted lee el papel con mucho cuidado se podía ver lo que estaba por debajo del plano: Otra, idéntica, el plano correspondiente, continua. Así que su resultado era realmente que está bien tener una ranura en un plano mientras hay otro avión idéntico, muy seguidos directamente por debajo de lo que no tiene una ranura en ella! Apenas una prueba válida de que las ranuras no importan.

Recursos

Una persona que conozco diseños de placas madre para computadoras.Estos se producen en gran cantidad, así que por supuesto bajo costo por unidad es una preocupación primordial. Pueden darse el lujo de hacer un par de iteraciones de diseño, pruebas diversas directrices de diseño, hasta que se enteran de que los que pueden relajarse sin dejar de cumplir todos los requisitos del sistema de rendimiento y fiabilidad.

Le pregunté una vez la cantidad de iteraciones de diseño que pasó por sobre su desempeño reciente de la placa base más alta. "Trece", contestó. T ˑ H ˑ me ˑ R ˑ T ˑ E ˑ E ˑ N!  "Sin embargo, arranca con el primero", exclamó.

La mayoría de nosotros no tenemos los recursos para 13 trata de hacerlo bien. UltraCAD es una agencia de servicios de diseño y ningún cliente nos ha dado 13 trata de hacerlo bien. En general, el cliente nos espera para hacerlo bien la primera vez, con tal vez una pequeña revisión. Estoy tomando una conjetura salvaje, aquí, pero espero que no se trata de 13, ya sea! Cuando tienes un disparo, hay que ser conservador. Cuando usted consigue 13 tiros usted puede probar algunos supuestos simplificadores. Es por eso que los fabricantes de placa base y la memoria tienen los recursos para simplificar sus diseños - que cuentan con los recursos para poner a prueba las distintas opciones. Los ahorros durante la vida útil de producción más que compensa el costo de las iteraciones de diseño. El resto de nosotros sólo puede gustaría que tuviéramos ese lujo.

Resumen

Entonces, ¿por que mi (o alguien más) las directrices de diseño? No sólo en la directriz de diseño en la fe ciega. Usted debe tomar el tiempo para entender por qué la directriz de diseño existe y lo que el contexto fue en el establecimiento de las directrices. La mayoría de líderes de seminarios y los autores tratan de hacer que el contexto claro. Tenga cuidado de cualquier persona que no lo hace. Entonces usted puede tomar la decisión si su problema de diseño especial se adapta a cualquier contexto de diseño de referencia particular.

NOTAS:

1. Ver Howard Johnson y Graham Martin, la velocidad de propagación de señal-Alto, Avanzado Negro Mágico , Prentice Hall, 2003, y Bogatin Eric,de integridad de señal simplificado , Prentice Hall, 2004. Véase también, Douglas Brooks, la integridad de señal y problemas de diseño de circuitos impresos , Prentice Hall, 2003. Al referirse a estos libros en el texto voy a utilizar sólo una simple referencia a los números de página.
2. Para ser justos, sin embargo, Howie sostiene además que no es la señal diferencial que genera la mayor parte del IME de todos modos, es la corriente en modo común causado (en parte) por el desequilibrio de modo común en el controlador que limita el aumento de "proximidad" . Esto pone un poco de carga para el diseñador del circuito en conocer y calcular el impacto del desequilibrio del conductor de modo común.
3. Véase el capítulo 14 de mi libro, pero especialmente pp 251-255.
4. Véase mi artículo, "Las ranuras en los aviones, No 'Em uso", disponible en http://www.ultracad.com/articles/slots.pdf

Douglas Brooks tiene un MS / EE de la Universidad de Stanford y un doctorado de la Universidad de Washington. Ha pasado la mayor parte de su carrera en la industria electrónica en las posiciones de la ingeniería, comercialización, administración general, y como director general de varias compañías. Él ha sido dueño de UltraCAD Design Inc. desde 1992. Es autor de numerosos artículos en diversas disciplinas, y ha escrito artículos y dictado seminarios en todo el mundo sobre cuestiones de integridad de señal desde la fundación de UltraCAD. Su libro, placa de circuito impreso de diseño e integridad de señal Cuestiones fue publicado por Prentice Hall en 2003. Visite su sitio Web en www.ultracad.com .

Fuente:

http://www.flex007.com/pages/zone.cgi?artcatid=&a=74141&artid=74141&pg=3