Instradamento della Coppia Differenziale in PCB ad Alta Velocità per Preservare l’Integrità di Segnale

Sound wave on oscilloscope

Un instradamento adeguato di coppie differenziali in circuiti digitali ad alta velocità è necessario per preservare l’integrità del segnale. Segui queste linee guide sul routing della coppia differenziale e lasciati i problemi di EMI alle spalle. 

Una volta sono andato ad un appuntamento al buio con una donna che, a mia insaputa, era sempre in ritardo. Io arrivai in orario al ristorante e aspettai per 20 minuti prima di comprendere che mi aveva dato buca. Non appena stavo andando via, lei arrivò. Se avesse ritardato 5 minuti in più ci saremmo persi. Lo stesso tipo di cosa può accadere su un Circuito Stampato ad alta velocità quando coppie twistate non sono instradate correttamente. Un segnale arriverà esattamente dove dovrebbe, troverà il suo partner mancante, quindi tornerà a casa. Sui PCB, comunque, perdere un appuntamento non vuol dire sentimenti feriti. Significa che il circuito avrà scarsa integrità di segnale o non funzionerà affatto. Cerca di essere un buon organizzatore d’incontri per i tuoi segnali ad alta velocità ed instradarli in modo che entrambi arrivino in orario. 

 

Sound wave on oscilloscope

Questo è il tuo segnale ad alta velocità con un routing sbagliato. 

Consigli e Trucchi sul Routing Differenziale 

Negli appuntamenti successivi, ho utilizzato un po’ di trucchi per cercare ed ottenere che l’appuntamento fosse in orario. La moralità del truccare il mio appuntamento perchè arrivi in orario è contestabile, ma truccare i segnali di accoppiamento differenziale per la puntualità assicurerà integrità di segnale. Utilizza queste linee guida per il routing di accoppiamento differenziale per garantirti che stai instradando tenendo la tempistica in considerazione. 

Corrispondenza della Lunghezza della Traccia: Trace length matching dovrebbe essere una priorità primaria quando si instradano coppie differenziali. Non far sì che un segnale vada fino dall’altra parte del Circuito Stampato mentre l’altro deve andare giusto alla porta affianco. Quando le lunghezze della traccia di instradamento di accoppiamento differenziale sono in disequilibrio, la differenza di tempistica causerà interferenza distruttiva e il degradarsi dell’integrità di segnale. Simile a come le mie alte preferenze per un appuntamento potrebbero variare dalle tue, circuiti diversi hanno differenti tolleranze nell’asimmetria della lunghezza di traccia. Assicurati che le tue coppie differenziali si guardino negli occhi. 

Routing Parallelo: Ogni volta che instradi un accoppiamento differenziale, cerca di fare del tuo meglio per tenere le loro tracce parallele. Instradare un accoppiamento differenziale in parallelo aiuta a cancellare qualsiasi EMI radiata ed assiste alla corrispondenza della lunghezza di traccia. 

Clearance e Dispersione Elettrica: Come fidanzate attuali ed ex, coppie differenziali separate dovrebbero sempre essere tenute quanto più lontano possibile le une dalle altre. Quando vengono instradate multiple coppie differenziali a distanza ravvicinata, interagiranno sempre fra loro in modi negativi. Mantieni queste battaglie per il dominio e EMI al minimo con tanta distanza. 

Le coppie differenziali dovranno anche essere instradate lontano dai componenti suscettibili alle EMI. Tale distanza è misurata sia in clearance che in dispersione. Ci sono molti approcci differenti per soddisfare i requisiti di clearance e dispersione dei tuoi circuiti.

 

circuit board in shape of brain

Sii intelligente, non instradare le tue coppie differenziali così. 

Nessuna Curva Stretta: Meglio instradare una coppia differenziale dritta, senza alcuna curva. In ogni caso, il layout del tuo PCB potrebbe richiedere curve. Ad alcune donne piacciono gli uomini dolci, ma alle coppie differenziali piacciono sempre le curve dolci. Bordi appuntiti nelle curve irradieranno molte più EMI rispetto ad una curva semplice. Qualsiasi cambio in direzione di una coppia differenziale non dovrebbe deviare più di 45 gradi. Ciò è importante sui bordi sia esterni che interni, visto che entrambi possono irradiare EMI. 

Le Via: Proprio come non è una buona idea avere tante fidanzate, non è una buona idea utilizzare tante via. La geometria della via garantisce almeno una quantità piccola di degradazione del segnale. Quando utilizzate troppo spesso, le via possono degradare in maniera significativa l’integrità del segnale e causare riflessioni distruttive nella coppia differenziale. 

Se finisci per utilizzare le via sul tuo Circuito Stampato assicurati sia di accorciare la lunghezza della via stub o forare le stub posteriormente. Una via stub agirà come una linea di trasmissione infinita, che significa un sacco di riflessione di segnale. A seconda della lunghezza della stub, il segnale può essere riflesso in coppia differenziale a 180 gradi e vanificare il segnale utile. Il miglior modo per ridurre gli effetti negativi di uno stub è di minimizzare la lunghezza della stub. La lunghezza della stub può essere minimizzata utilizzando via blind o buried, o forando posteriormente la stub. Tutte queste opzioni possono aumentare i costi di produzione, così se sei su un budget ristretto, puoi semplicemente fare connessioni via su strati distanti della basetta. In una basetta a 8 strati, una connessione 1-7 avrà una stub non utilizzata più corta che una connessione 1-2. 

È anche importante corrispondere ogni quantità di ritardo del segnale causato da una via. Ciò può essere fatto sia utilizzando lo stesso numero di via in entrambe le gambe della coppia differenziale, sia aggiungendo instradamento a serpentina sulla gamba senza la via.  A nessuno piace fare il terzo incomodo ad un appuntamento, quindi assicurati che tutto corrisponda regolarmente. 

 

Close-up of PCB tracks

Guarda queste fantastiche parallele.  

Come Farlo Fare al Tuo Computer 

Per ottimizzare l’energia cerebrale, lascia fare qualche lavoro al tuo computer. Il tuo software di design PCB dovrebbe essere automaticamente verificare alcune di queste regole, come la clearance elettrica. Un software più sofisticato ti aiuterà anche con il reale instradamento di coppie differenziali. Altium Designer® potrebbe non avere soluzioni per la tua vita, ma ha funzionalità per aiutare gli utenti con il routing della coppia differenziale.

Nonostante le differenze di tempi, ho continuato con quell’appuntamento al buio. Il problema di orario persiste, ma la nostra relazione ha conservato la sua integrità. Se hai problemi con l’instradamento delle coppie differenziali sul tuo PCB, la tua basetta potrebbe non essere così fortunata. Assicurati di seguire le linee guide sopra per preservare l’integrità di segnale sul tuo design PCB ad alta velocità. 

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