Al diseñar trazas de la placa de circuito, ¿qué impedancias debo tener en cuenta?

(Debo decir desde el principio que tengo algo de experiencia con placas en el rango de 100 MHz, pero estoy lejos de ser un experto).

La referencia canónica es el diseño digital de alta velocidad de Johnson y Graham. Johnson también escribió una secuela más avanzada, Propagación de señal de alta velocidad, en 2003.

Puede colocar cualquier tablero con gEDA y compañía, pero puede llegar a ser arbitrariamente difícil en la medida en que buscaría una mejor herramienta si pudiera obtenerla. Hacer coincidir las longitudes de muchos trazos a mano se vuelve tedioso rápidamente.

En cuanto a lo que realmente necesitas hacer con los rastros, estas son las cosas a las que debo prestar atención:

1. La longitud de los trazos comienza a importar una vez que sus trazados son más largos que 1/6 del borde ascendente de una señal digital. Para un tiempo de subida de 1 ns en una PCB típica, el borde ascendente se extiende alrededor de 6 pulgadas, por lo que desea que sus huellas tengan una longitud inferior a 1 pulgada.

2. Desea hacer coincidir la terminación de sus trazas con su impedancia característica para evitar las señales reflejadas. En la práctica, esto significa poner una resistencia a tierra justo antes de que la traza llegue a su destino o poner una resistencia en serie al comienzo de la traza. He encontrado que vale la pena mirar los diagramas en el capítulo 12 de Analog Electronics de Crecraft y Gergely por períodos prolongados: vinculante Las fichas técnicas del fabricante a veces tendrán planes de terminación recomendados. / p>

3. A medida que aumenta la velocidad de su señal, debe comenzar a preocuparse por los voltajes inducidos en trazas adyacentes debido a la inductancia mutua y las corrientes que cambian rápidamente (V = L * di / dt). La gente llama a esto "crosstalk". Esto significa que necesita separar espacios entre sí, usar un plano de tierra debajo de todos sus rastros y / o colocar rastros de tierra ("rastros de guardia") entre los rastros que está tratando de aislar.

Eso es todo lo que realmente me preocupa en la práctica.

Para señales digitales de alta velocidad, querrá hacer coincidir la impedancia de la traza con la impedancia de salida del controlador de salida de la señal. Muchas líneas de transmisión de señales también requieren terminación. Esto reduce los reflejos y la interferencia entre símbolos. La impedancia de la traza está determinada principalmente por su ancho y la acumulación de PCB, pero la ruta de retorno de la señal también desempeña un papel. Cambiar capas o enrutar una señal a través de un plano de tierra dividido creará discontinuidades de impedancia y degradará la velocidad máxima a la que puede operar el enlace.

Los requisitos de coincidencia de la longitud del rastreo serán controlados por los requisitos de tiempo del protocolo de bus utilizado por las señales. Por ejemplo, una interfaz de memoria DDR requerirá que las señales DQ (datos) lleguen dentro de tantos pico-segundos de la señal DQS (luz estroboscópica). Se puede calcular una estimación aproximada de la falta de coincidencia a partir de la falta de coincidencia de la longitud de la traza y el retardo de propagación de la línea de transmisión. Los ingenieros de integridad de la señal crean análisis más precisos del sesgo de tiempo mediante la ejecución de simulaciones de la topología de enrutamiento y los modelos de los controladores de E / S.

Una gran referencia sobre el tema es el libro del Dr. Howard Johnson "Diseño digital de alta velocidad: Un manual de la magia negra" (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/ 0133957241)

Jason

Todo esto realmente depende de lo que quieres decir con "alta velocidad".

El factor más importante para determinar si necesita una terminación es la cantidad de tiempo que demora la propagación de un flanco ascendente. Si su tiempo de subida es de 100 ps, entonces no importa si tiene 100 MHz o 10 MHz, las reflexiones aún le harán daño. Pero las reflexiones son solo un problema cuando se alcanzan las longitudes de "línea de transmisión". Creo que eso es algo así como ... por cada 300 ps de tiempo de subida, puedes ir alrededor de una pulgada sin terminación. Por lo tanto, para un tiempo de subida de .9 ns, puede ir aproximadamente tres pulgadas.

En cuanto a la impedancia de las trazas, debe buscar en Google "microstrip". Necesitará un plano de suelo sólido debajo de la traza. Luego, la distancia de la traza desde el plano (determinada por el apilamiento de la placa) y el ancho de la traza, deberían determinar en gran medida la impedancia de la traza. Muchas herramientas de diseño de PCB calcularán automáticamente la impedancia de rastreo para usted.

No es necesario que las trazas tengan la misma longitud a menos que su circuito lo requiera. Por ejemplo, las memorias DDR lo requieren dentro de una cierta cantidad y las trazas diferenciales lo requieren.

El estándar para la simulación es HyperLynx (por Mentor). LineSim lo hace pre-diseño; BoardSim lo hace post-layout.