Ao definir os traços da placa de circuito, quais impedâncias devo considerar?

Eu faço design de circuitos de baixa velocidade para microcontroladores (geralmente a menos de 20 MHz), e agora estou começando em alguns circuitos de alta velocidade. O que eu quero saber é:

• Que considerações precisam ser feitas para traços em circuitos de alta velocidade?

• Preciso corresponder a impedância cada linha entre dois dispositivos de alta velocidade?

• Todos os traços precisam ter o mesmo comprimento?

• Existe uma boa referência para essas regras?

• Isso pode ser feito usando ferramentas de projeto de circuito de código aberto ( gEDA e empresa)?

(Devo dizer desde o início que tenho alguma experiência com placas na faixa de 100 MHz, mas estou longe de ser um especialista.)

A referência canônica é Design Digital de Alta Velocidade, de Johnson e Graham. Johnson também escreveu uma sequência mais avançada, Propagação de Sinal de Alta Velocidade, em 2003.

Você pode organizar qualquer conselho com a GEDA e a empresa, mas isso pode se tornar arbitrariamente difícil, na medida em que eu procuraria uma ferramenta melhor, se conseguir. Combinar os comprimentos de muitos traços à mão é entediante rapidamente.

Quanto ao que você realmente precisa fazer com os rastreamentos, aqui estão as coisas que eu observo:

1. O comprimento dos traços começa a ter importância quando os traços ultrapassam 1/6 da borda ascendente de um sinal digital. Por um tempo de subida de 1 ns em uma PCB típica, a borda ascendente se estende por cerca de 15 cm, portanto, você deseja que seus traços tenham menos de 2,5 cm de comprimento.

2. Você deseja combinar a terminação de seus traços com a impedância característica deles, para evitar sinais refletidos. Na prática, isso significa colocar um resistor no terra logo antes do traço chegar ao seu destino ou colocar um resistor em série no início do traço. Encontrei os diagramas no capítulo 12 da Analog Electronics da Crecraft e Gergely por longos períodos de tempo: http://books.google.com/books?id=lS7qN6iHyBYC&lpg=PP1&ots=cg6ZMM2GI1&dq=analog%20electronics%20crecraft&pg = PA296 # v = fragmento & q = propagação% 20of% 20a% 20pulse & f = false As folhas de dados do fabricante às vezes têm esquemas de terminação recomendados.

3. À medida que a velocidade do sinal aumenta, você deve começar a se preocupar com tensões induzidas em traços vizinhos, devido à indutância mútua e às mudanças rápidas nas correntes (V = L * di / dt). As pessoas chamam isso de "conversa cruzada". Isso significa que você precisa espaçar os traços um do outro, usar um plano de terra sob todos os seus traços e / ou colocar traços de solo ("traços de guarda") entre os traços que você está tentando isolar.

Isso é tudo com o que realmente me preocupo na prática.

Para sinais digitais de alta velocidade, convém corresponder a impedância do rastreamento à impedância de saída do driver de saída do sinal. Muitas linhas de transmissão de sinal também requerem terminação. Isso reduz reflexões e interferência entre símbolos. A impedância do traço é determinada principalmente por sua largura e pelo empilhamento de PCB, mas o caminho de retorno do sinal também desempenha um papel. Trocar de camada ou encaminhar um sinal através de um plano de terra dividido criará descontinuidades de impedância e degradará a velocidade máxima na qual o link pode operar.

Os requisitos de correspondência do comprimento do traço serão conduzidos pelos requisitos de tempo do protocolo de barramento usado pelos sinais. Eb, uma interface de memória DDR exigirá que os sinais DQ (dados) cheguem a tantos segundos de pico do sinal DQS (estroboscópio). Uma estimativa aproximada da incompatibilidade pode ser calculada a partir da incompatibilidade do comprimento do traço e do atraso de propagação da linha de transmissão. Os engenheiros de integridade de sinal criam análises mais precisas da inclinação do tempo executando simulações da topologia de roteamento e modelos dos drivers de E / S.

Uma excelente referência sobre o assunto é o livro do Dr. Howard Johnson "Design Digital de Alta Velocidade: Um Manual de Magia Negra" (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241)

Jason

Tudo isso realmente depende do que você quer dizer com "alta velocidade".

O fator mais importante para determinar se você precisa de rescisão é a quantidade de tempo que leva para uma borda ascendente se propagar. Se o seu tempo de subida for de 100 ps, ​​não importa se você é 100 MHz ou 10 MHz, os reflexos ainda o machucarão. Mas reflexões são apenas um problema quando você atinge comprimentos de "linhas de transmissão". Eu acho que é algo assim ... para cada 300 ps de tempo de subida, você pode percorrer uma polegada sem terminação. Portanto, para um tempo de subida de 0,9 ns, você pode percorrer cerca de cinco centímetros.

Quanto à impedância de traços, você deve pesquisar no Google "microstrip". Você precisará de um plano de solo sólido embaixo do traço. Em seguida, a distância do rastreamento do avião (determinada pelo empilhamento da placa) e a largura do rastreamento devem determinar em grande parte a impedância do rastreamento. Muitas ferramentas de design de PCB calculam automaticamente a impedância de rastreamento para você.

Você não precisa fazer os traços com o mesmo comprimento, a menos que seu circuito exija. Por exemplo, as memórias DDR requerem dentro de uma certa quantidade e traços diferenciais exigem.

O padrão para simulação é o HyperLynx (da Mentor). LineSim faz pré-layout; BoardSim faz pós-layout.