osos, islas, recortes en el plano del suelo, planos de alimentación aisladas, regiones de tierra flotantes, y un anfitrión de otras técnicas de diseño complejos son a menudo utilizados por los diseñadores de PCB para reducir la diafonía, EMI, y para mejorar de otro modo el rendimiento global del sistema.
Pero una señal de alta velocidad cruzando una división en el plano causa problemas a lo largo de por lo menos tres dimensiones, incluida la calidad de la señal, la diafonía y EMI. El problema es la discontinuidad de impedancia en el camino de la señal de cruzar la división. La discontinuidad refleja la energía de nuevo hacia la fuente - en particular los componentes de mayor frecuencia de la señal. A altas frecuencias, la corriente de retorno sigue el camino de menor inductancia - que está directamente debajo de la traza de la señal - pero ese camino se rompe con la división. La razón de esta discontinuidad es el hecho de que la corriente de retorno tiene que encontrar una ruta alternativa de regreso a la fuente, la creación de una gran área de bucle y un poco de antena agradable para la radiación de modo diferencial.
Es importante tener en cuenta que tanto tierra y planos de alimentación (cualquier plano) se pueden utilizar como plano de referencia y volver trayectoria de corriente para una señal.
La clave para un diseño digital / analógico mixto con éxito es partición funcional, entendiendo el camino de retorno de corriente, y el control y la gestión de enrutamiento - no repartirse planos de tierra. Siempre es mejor tener sólo una única referencia (tierra) avión para un sistema.
Mencioné "puentes" de plano brevemente en mi reciente columna mixta Tecnologías analógicas digitales , donde dije: " Si una señal digital (s)debe cruzar una división en el plano de referencia de potencia un 'jumper avión' condensador de desacoplamiento (100nF) se puede colocar cerca de la señal (s) infractor para proporcionar una trayectoria para la corriente de retorno entre los dos suministros (por ejemplo, 3,3 V - | | - 1,5 V) ".
Figura 1: El camino de la corriente de retorno usa el condensador de cerrar los planos de referencia de potencia.
En la Figura 1, la brecha aísla completamente los planos de referencia de potencia, por lo que un condensador de puente plano se utiliza para permitir que la corriente de retorno para cerrar la brecha en los planos de 3.3V a 1.5V. Esto es muy eficaz, pero debe ser utilizado como último recurso, si no se puede evitar el enrutamiento de una señal de este tipo a través de la brecha.
Debo decir que lo hace parecer extraño - con un decap en el esquema entre 3,3 V y 1,5 V, donde decaps normalmente se colocan entre el poder y la tierra.
Figura 2: Las señales de control cruzar el "puente" de un avión GND dividida.
La figura 2 ilustra la forma correcta de hacer frente a esta situación - las señales de control que cruzan sobre el "puente" de un plano de división.Los (Azules) rastros se agrupan, con un plano de tierra continuo bajo, proporcionando una vía de retorno fiable para estas señales. El truco es hacer referencia siempre es una señal a un plano sólido - no dividir el plano de referencia. El plano de alimentación se puede dividir siempre que no se utiliza como un plano de referencia.
Pero ese es el uso más básico de un puente plano. Echemos un vistazo a otro lugar en el diseño de estos puentes mágicos pueden ser empleados.
ICD simula recientemente una junta cuyos diseñadores intención de señales de alta velocidad de ruta de un chip a un conector en la parte superior del tablero. El enrutamiento se desplegaron desde el BGA, fue directamente a la capa 3, entonces apareció una copia de seguridad a través de una vía de un conector en la capa superior. Esto parece perfectamente razonable.
Pero al mirar a la stackup con más detalle, la señal se hace referencia primero al plano GND en capa 2; entonces, ya que la transición a la capa 3, su plano de referencia cambió a VCC (capa 4) debido a la proximidad.Hay, en este caso, sólo un camino para la corriente de retorno de "saltar" los aviones, y que es mediante la búsqueda de la más cercana a VCC GND condensador de desacoplamiento - que puede ser una larga distancia (relativamente) de lo transitorio de la señal, la creación de un gran área de bucle y las corrientes de modo común indeseables. Todo esto se puede evitar mediante la colocación de un puente plano (decap), cerca de la señal a través de la transición, entre VCC y GND.
En el caso en el que existen múltiples planos de tierra sobre un PCB, no podemos simplemente asumir que "suelo es de tierra" y estar seguros de que la corriente de retorno va a encontrar su camino de regreso a la fuente. Vias costura GND deben colocarse al lado de cada señal a través de la transición para coser los planos GND juntos, proporcionando una vía de retorno claro.
Figura 3: Señal de flujo de corriente (rojo) y devolver el flujo de corriente (azul).
Ahora, el diseñador tenía buenas intenciones: utilizando el plano de GND en capa 2 como el plano de referencia común. Todo estaría bien, hasta que la falta de comunicación (y la comprensión de los parámetros de diseño) lideraron el ingeniero CAM en el fabricante para cambiar el grosor de los materiales básicos y pre-preg para adaptarse a los materiales dieléctricos que tenían en stock.
Este es un caso clásico que vemos todo el tiempo. Es el punto en el que nuestro diseño se cruza en el mundo real - la fabricación . Representa un punto más allá del cual muchos diseñadores rara vez se atreven a aventurar, debido a su falta de comprensión de los procesos de fabricación de PCB. Pero, es un hecho que la mayor conciencia que hemos rodea a los procesos de fabricación, el mejor servicio a nuestrosdiseños se convierten, y los mejores diseñadores nos convertimos.
El profesional de la CAM se ve en su tablero en puramente físicostérminos. Él, muy probablemente, no tiene conocimiento de que las señales son críticos, y sus caminos de retorno de corriente. Su ventana a su mundo se compone de capas de materiales dieléctricos, láminas de cobre, vías de PTH, y máscaras de soldadura. El formato de archivo estándar Gerber - transferido desde el diseño a la fab - es un lugar primitivo (basado en las antiguas X, plotters Y) pero en formato muy eficaz para describir la información gráfica de dos dimensiones. Es muy adecuado para la representación de los dos componentes principales de una imagen de PCB: líneas y puntos. Pero esto es todo lo que son para el ingeniero CAM.
La proverbial "desplazamiento a la izquierda" en el proceso de diseño es poner el control del stackup construir de nuevo en manos de los ingenieros y diseñadores de PCB - lo que les permite colaborar con, si no el control, el resultado de la fabricación. Para ello, los diseñadores necesitan una lista completa de los materiales dieléctricos estándar de los fabricantes populares como Isola, Nelco, Rogers, etc, y la capacidad de insertar estos en un stackup prototipo, la determinación de las impedancias de una sola terminal y diferenciales de estas materias combinadas con reglas de diseño de diseño de PCB. El Planificador ICD stackup, se muestra en las figuras 3 y 4 (disponible para descarga enwww.icd.com.au ) se encarga de estas tareas bastante bien, de hecho, que proporciona una interfaz entre CAM, simulación de señal en la fe, y el diseño de PCB.
Puesto que la capa 3 es ahora más cerca del plano GND en la capa 2 en la Figura 4, que será utilizado para el camino de retorno de corriente, en lugar de VCC, como antes. Y, no es necesario para los puentes de plano en este caso. Este es por lejos el mejor escenario. El diseñador de PCB puede pasar esta información a la fabricación con la confianza de que su pretendida acumulación stackup será fabricado para satisfacer el diseñoeléctrico necesidades.
Figura 4: El camino de la corriente de retorno ahora utiliza un avión GND común (capa 2).
Jumpers Plane se pueden utilizar para resolver fácilmente un problema de retorno de corriente, pero es mejor evitar al tomar el control de la stackup de nuevo en las manos del ingeniero de hardware y diseñador de PCB, al tiempo que agiliza la comunicación entre el equipo de hardware de ingeniería y fabricación.
Puntos para Recordar
- Una división en un plano provoca una discontinuidad de impedancia en el camino de la señal de cruzar la división, creando reflexiones de la señal, la diafonía, y las corrientes en modo común no deseados que pueden conducir a problemas de EMI.
- Tanto tierra y planos de alimentación (cualquier plano) pueden utilizarse como un plano de referencia y vuelven trayectoria de corriente de retorno para una señal.
- Siempre es mejor tener sólo una referencia única (tierra) avión para un sistema.
- Jumpers plano (decaps cerámica) pueden proporcionar un camino para la corriente de retorno entre los dos planos de suministro.
- Un puente, proporcionado por un plano adyacente, es la mejor opción para las señales de control para cruzar un plano de división.
- Jumpers plano (decaps) se pueden colocar cerca de una vía para permitir el flujo de la corriente de retorno desde un plano a otro.
- Cuando existen múltiples planos de tierra, vías-costura suelo deben ser colocados junto a cada señal a través de la transición.
- Los diseñadores más PCB tienen conocimiento de los procesos de fabricación, mejor será el resultado de nuestro diseño, y los mejores diseñadores que vuelven.
- El "desplazamiento a la izquierda" en el proceso de diseño es poner el control del stackup de nuevo en manos de diseñador de hardware para que los parámetros de diseño eléctrico no quedarse relegados a un lado.
Referencias
"Diseño Avanzado de SMT" curso de dos días - Barry Olney
Más allá de Diseño: El Vertedero - Barry Olney
Intro to del nivel de dirección simulación y el proceso de diseño de PCB - Barry Olney
PCB Técnicas de diseño de DDR, DDR2 y DDR3, Parte 1 - Barry Olney
Técnicas de Diseño de PCB para DDR, DDR2 y DDR3, Parte 2 - Barry Olney
Compatibilidad Electromagnética Ingeniería - Henry Ott
de alta velocidad de diseño digital - Howard Johnson
La CIE stackup Planner y PDN Planner se pueden descargar desdewww.icd.com.au
Barry Olney es director general de In-Circuit Design Pty Ltd (ICD), Australia. La compañía desarrolló el Planificador ICD stackup y software planificador ICD PDN, es una oficina de PCB Diseño del Servicio, y se especializa en la integridad de la señal, la diafonía y la simulación de tiempo, así como el análisis de EMC.
http://www.pcbdesign007.com/pages/zone.cgi?topic=0&artcatid=0&a=89094&artpg=1&artid=89094&pg=4
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