Печатные платы. И все об их проектировании.

   В последние годы в процессе конструирования цифровой высокоскоростной аппаратуры значительно увеличилось использование дифференциальных сигналов ( передача одинаковой информации по двум проводам с разностью фаз равной 180 градусов). Широкое распространение такие сигналы получили в связи с неспособностью передавать по параллельным шинам данных большой объем информации (при частоте свыше 200 МГц параллельные интерфейсы перестают работать из-за сильных паразитных наводок;

при тщательном моделировании и анализа электромагнитной совместимости возможно значительное увеличение рабочих частот, но врядли цель оправдает средства в данном случае.) При разработке устройств с дифференциальными сигналами возможно использование частот свыше 1ГГц в связи со следующими отличительными особенностями дифф.пар:

  • Защищенность от шума. Любой шум, наводящийся на один из проводников, будет в такой же мере наводиться и на другой проводник. Поскольку одинаковый шум в этом случае будет присутствовать в обоих сигналах, то этот шум устраняется в разностном (дифференциальном) сигнале.
  • Нечувствительность к опорному напряжению. В дифференциальном сигнале всегда присутствует некоторый опорный уровень, позволяющий использовать его в случае, когда передатчик и приемник имеют различные общие напряжения питания (различные земли). Это также позволяет решить проблемы, связанные с нестабильностью напряжений общих выводов, и улучшить целостность сигналов.
  • Уменьшение излучаемых электромагнитных помех. Такие помехи возникают, в основном, во время переключения сигнала из одного состояния в другое. Поскольку оба дифференциальных сигнала переключаются одновременно, но противофазно, то возникающие излучения взаимно компенсируются. Кроме того, каждый из дифференциальных сигналов обычно имеет небольшую амплитуду (примерно 0,4 В), поэтому уровень излучения также небольшой.

Однако при проектировании печатных плат с дифференциальными сигналами разработчикам следует быть осторожными, так как незначительные ошибки обычно приводят к полной неработоспособности такой линии передачи. Наиболее часто встречающиеся ошибки это:

Нарушение правил симметрии и парралельности при проведении проводников и размещении переходных отверстий. Данные ошибки изображены на рисунке 1 и 2.

трассировка дифиринциальных пар

Рисунок 1. Варианты разводки дифференциальной пары.

переходные отверстия в дифиринциальных парах

Рисунок 2. Размещение отверстий дифференциальной пары.

К счастью разработчиков практически любой САПР печатных плат имеет возможность интерактивной трассировки дифференциальных пар, и такие места он обозначит как ошибочные.

Второй и довольно распространенной ошибкой является разводка шин высокоскоростных сигналов над границей разделения полигонов. Зачастую полигоны питания и земли делаются непрерывными, что хорошо подходит для высокоскоростных печатных плат. Тем не менее, встречаются случаи, когда слой, отведенный под питание схемы, содержит несколько полигонов, образующих острова. Нежелательно, чтобы проводники высокоскоростных сигналов пересекали разрывы между полигонами, поскольку это может разорвать путь возвратного тока синфазного сигнала, ухудшить качественные показатели сигнала и увеличить электромагнитные помехи и “дрожание” потенциала питаний и земли. По аналогичным причинам, разводка над другими типами свободных областей полигонов должна по возможности избегаться. Это также касается высокоскоростных однопроводных сигналов, для которых это может быть даже более важно, потому что зазоры в полигонах отклоняют пути возвратного сигнала, добавляют проводнику индуктивность и увеличивают перекрестные помехи.

Также погрешности в передачу дифференциальных сигналов может внести несогласованная нагрузка на приемном или передающем конце линии (программы моделирования прохождения сигналов, например HyperLynx, позволяют достаточно точно рассчитать сопротивление нагрузки).

При довольно большой протяженности горизонтальные или вертикальные проводники дифференциальных пар более восприимчивы к неоднородности электрических характеристик подложки, чем диагональные.

 

Видеокурс по проектированию печатных плат в P CAD.



Материал по PCAD