Lors de la disposition des traces de circuits imprimés, quelles impédances dois-je prendre en compte?

Je fais la conception de circuits à basse vitesse pour les microcontrôleurs et autres (généralement à moins de 20 MHz), et maintenant je commence à utiliser des circuits plus rapides. Ce que je veux savoir c'est:

• Quelles considérations doivent être prises pour les traces dans les circuits à grande vitesse?

• Dois-je faire correspondre l'impédance à chaque ligne entre deux appareils à haute vitesse?

• Toutes les traces doivent-elles avoir la même longueur?

• Existe-t-il une bonne référence pour ces règles?

• Cela peut-il être fait en utilisant des outils de conception de circuits open-source ( gEDA et entreprise)?

(Je dois dire d'emblée que j'ai une certaine expérience avec les cartes dans la gamme 100 MHz, mais je suis loin d'être un expert.)

La référence canonique est High-Speed ​​Digital Design par Johnson et Graham. Johnson a également écrit une suite plus avancée, la propagation du signal à haute vitesse, en 2003.

Vous pouvez disposer n'importe quel conseil d'administration avec gEDA et entreprise, mais cela peut devenir arbitrairement difficile dans la mesure où je chercherais un meilleur outil si vous pouvez l'obtenir. Faire correspondre les longueurs de nombreuses traces à la main devient rapidement fastidieux.

Quant à ce que vous devez réellement faire avec les traces, voici les choses que je dois surveiller:

1. La longueur des traces commence à compter une fois que vos traces dépassent 1/6 du front montant d'un signal numérique. Pour un temps de montée de 1 ns sur un PCB typique, le bord montant s'étend sur environ 6 pouces, vous voulez donc que vos traces aient une longueur inférieure à 1 pouce.

2. Vous souhaitez adapter la terminaison de vos traces à leur impédance caractéristique pour éviter les signaux réfléchis. En pratique, cela signifie soit mettre une résistance à la terre juste avant que la trace n'atteigne sa destination, soit mettre une résistance en série au début de la trace. J'ai trouvé que les diagrammes du chapitre 12 d'Analogics Electronics by Crecraft and Gergely méritent d'être regardés pendant des durées prolongées: 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 Les fiches techniques du fabricant auront parfois des schémas de terminaison recommandés.

3. À mesure que la vitesse de votre signal augmente, vous devez commencer à vous soucier des tensions induites dans les traces voisines en raison de l'inductance mutuelle et des courants changeant rapidement (V = L * di / dt). Les gens appellent cela "diaphonie". Cela signifie que vous devez espacer les traces les unes des autres, utiliser un plan de sol sous toutes vos traces et / ou placer des traces au sol ("traces de garde") entre les traces que vous essayez d'isoler.

C'est tout ce dont je m'inquiète réellement dans la pratique.

Pour les signaux numériques à haute vitesse, vous souhaiterez faire correspondre l'impédance de la trace à l'impédance de sortie du pilote de sortie du signal. De nombreuses lignes de transmission de signaux nécessitent également une terminaison. Cela réduit les réflexions et les interférences entre symboles. L'impédance de la trace est principalement déterminée par sa largeur et l'empilement de PCB, mais le chemin de retour du signal joue également un rôle. La commutation de couches ou l'acheminement d'un signal sur un plan de sol divisé créera des discontinuités d'impédance et dégradera la vitesse maximale à laquelle la liaison peut fonctionner.

Les exigences de correspondance de longueur de trace seront déterminées par les exigences de synchronisation du protocole de bus utilisé par les signaux. Eb, une interface mémoire DDR nécessitera que les signaux DQ (données) arrivent dans autant de pico-secondes du signal DQS (stroboscopique). Une estimation approximative de la non-concordance peut être calculée à partir de la non-concordance de la longueur de la trace et du retard de propagation de la ligne de transmission. Les ingénieurs d'intégrité du signal créent des analyses plus précises du décalage temporel en exécutant des simulations de la topologie de routage et des modèles des pilotes d'E / S.

Une grande référence sur le sujet est le livre du Dr Howard Johnson "High Speed ​​Digital Design: A Handbook of Black Magic" (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241)

Jason

Tout cela dépend vraiment de ce que vous entendez par «haute vitesse».

Le facteur le plus important pour déterminer si vous avez besoin d'une résiliation est le temps qu'il faut pour qu'un front montant se propage. Si votre temps de montée est de 100 ps, ​​alors peu importe si vous êtes à 100 MHz ou 10 MHz, les réflexions vous blesseront toujours. Mais les réflexions ne sont un problème que lorsque vous atteignez des longueurs de "ligne de transmission". Je pense que c'est quelque chose comme ... pour chaque 300 ps de temps de montée, vous pouvez faire environ un pouce sans terminaison. Donc, pour un temps de montée de .9 ns, vous pouvez aller d'environ trois pouces.

En ce qui concerne l'impédance des traces, vous devriez google "microstrip". Vous aurez besoin d'un plan de masse solide sous la trace. Ensuite, la distance de la trace par rapport au plan (déterminée par l'empilement de cartes) et la largeur de la trace devraient largement déterminer l'impédance de la trace. De nombreux outils de conception de PCB calculent automatiquement l'impédance de trace pour vous.

Vous n'avez pas besoin de faire les traces de la même longueur sauf si votre circuit l'exige. Par exemple, les mémoires DDR l'exigent dans une certaine quantité et les traces différentielles l'exigent.

Le standard de simulation est HyperLynx (par Mentor). LineSim fait la pré-mise en page; BoardSim le fait après la mise en page.