Я занимаюсь проектированием низкоскоростных схем для микроконтроллеров и тому подобного (обычно менее 20 МГц), а теперь начинаю работу над некоторыми более высокоскоростными схемами. Я хочу знать следующее:
Какие соображения необходимо сделать для дорожек в высокоскоростных цепях?
Должен ли я согласовывать импеданс каждой линии между двумя высокоскоростными устройствами?
Должны ли все трассы быть одинаковой длины?
Есть ли хорошая ссылка на эти правила?
Можно ли это сделать с помощью инструментов проектирования схем с открытым исходным кодом ( gEDA и компания)?
(Сначала должен сказать, что у меня есть некоторый опыт работы с платами в диапазоне 100 МГц, но я далеко не эксперт.)
Каноническим эталоном является High-Speed Digital Design Джонсона и Грэма. Джонсон также написал более продвинутое продолжение High-Speed Signal Propagation в 2003 году.
Вы можете выложить любую плату с помощью gEDA и компании, но это может стать сколь угодно сложным до такой степени, что я буду искать лучший инструмент, если вы сможете его получить. Сопоставление длин многих трасс вручную быстро становится утомительным.
Что же касается того, что вам на самом деле нужно делать с трассировкой, то вот на что я обращаю внимание:
Длина трасс начинает иметь значение, когда ваши трассы длиннее 1/6 нарастающего фронта цифрового сигнала. При времени нарастания 1 нс на типичной печатной плате передний фронт охватывает около 6 дюймов, поэтому вы хотите, чтобы ваши дорожки были длиной менее 1 дюйма.
Вы хотите, чтобы окончание ваших дорожек соответствовало их характеристическому импедансу, чтобы предотвратить отраженные сигналы. На практике это означает либо подключение резистора к земле непосредственно перед тем, как дорожка достигнет места назначения, либо последовательное подключение резистора в начале дорожки. Я обнаружил, что диаграммы в главе 12 «Аналоговой электроники» от Crecraft и Gergely заслуживают пристального внимания: http://books.google.com/books?id=lS7qN6iHyBYC&lpg=PP1&ots=cg6ZMM2GI1&dq=analog%20electronics%20crecraft&pg . =PA296#v=snippet&q=propagation%20of%20a%20pulse&f=false В спецификациях производителя иногда могут быть рекомендованные схемы подключения.
По мере увеличения скорости вашего сигнала вы должны начать беспокоиться о напряжениях, наведенных на соседних дорожках из-за взаимной индуктивности и быстро меняющихся токов (V = L * di/dt). Люди называют это «перекрёстными помехами». Это означает, что вам нужно разнести трассы друг от друга, использовать плоскость заземления под всеми вашими трассами и/или поместить трассы заземления («защитные трассы») между трассами, которые вы пытаетесь изолировать.
Это все, о чем я действительно беспокоюсь на практике.
Для высокоскоростных цифровых сигналов необходимо согласовать импеданс трассы с выходным импедансом выходного драйвера сигнала. Многие линии передачи сигналов также требуют оконечной нагрузки. Это уменьшает отражения и межсимвольные помехи. Импеданс дорожки определяется в первую очередь ее шириной и расположением печатной платы, но также играет роль путь возврата сигнала. Переключение слоев или маршрутизация сигнала через разделенную заземляющую пластину создаст разрывы импеданса и снизит максимальную скорость, на которой может работать канал.
Требования к согласованию длины трассы будут определяться временными требованиями протокола шины, используемого сигналами. Eb, интерфейс памяти DDR потребует, чтобы сигналы DQ (данные) поступали в течение стольких пикосекунд после сигнала DQS (строба). Грубая оценка рассогласования может быть рассчитана по рассогласованию длин трасс и задержке распространения линии передачи. Инженеры по обеспечению целостности сигналов проводят более точный анализ временных перекосов путем моделирования топологии маршрутизации и моделей драйверов ввода-вывода.
Отличным справочником по этому вопросу является книга доктора Говарда Джонсона «Высокоскоростное цифровое проектирование: руководство по черной магии» (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241).
Джейсон
Все это действительно зависит от того, что вы подразумеваете под «высокой скоростью».
Наиболее важным фактором при определении необходимости прерывания является время, необходимое для распространения нарастающего фронта. Если ваше время нарастания составляет 100 пс, то не имеет значения, 100 МГц вы или 10 МГц, отражения все равно будут вам мешать. Но отражения становятся проблемой только тогда, когда вы достигаете длины «линии передачи». Я думаю, что это что-то вроде... на каждые 300 пс времени нарастания вы можете пройти около дюйма без прерывания. Таким образом, для времени нарастания 0,9 нс вы можете пройти около трех дюймов.
Что касается импеданса дорожек, вы должны погуглить «микрополосковая». Вам понадобится прочный заземляющий слой под дорожкой. Тогда расстояние дорожки от плоскости (определяемое укладкой платы) и ширина дорожки должны в значительной степени определять импеданс трассы. Многие инструменты проектирования печатных плат автоматически рассчитают полное сопротивление дорожки.
Вам не нужно делать дорожки одинаковой длины, если этого не требует ваша схема. Например, память DDR требует этого в пределах определенного количества, а дифференциальные трассировки требуют этого.
Стандартом моделирования является HyperLynx (от Mentor). LineSim делает это заранее; BoardSim делает это после компоновки.
тыблу