จำจุดต่อสาย PCB เหล่านี้ไว้

1. การปฏิบัติทั่วไป

ในการออกแบบ PCB เพื่อให้การออกแบบแผงวงจรความถี่สูงมีความสมเหตุสมผลมากขึ้น มีประสิทธิภาพการป้องกันการรบกวนที่ดีขึ้น ควรพิจารณาจากประเด็นต่อไปนี้:

(1) การเลือกชั้นที่เหมาะสม เมื่อทำการกำหนดเส้นทางแผงวงจรความถี่สูงในการออกแบบ PCB ระนาบด้านในตรงกลางจะถูกใช้เป็นชั้นไฟฟ้าและกราวด์ ซึ่งสามารถทำหน้าที่ป้องกัน ลดความเหนี่ยวนำของปรสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดความยาวของเส้นสัญญาณ และลดการรบกวนระหว่างสัญญาณ

(2) โหมดการกำหนดเส้นทาง โหมดการกำหนดเส้นทางจะต้องเป็นไปตามการหมุนมุม 45° หรือการกลึงส่วนโค้ง ซึ่งจะช่วยลดการแผ่สัญญาณความถี่สูงและการเชื่อมโยงซึ่งกันและกัน

(3) ความยาวสายเคเบิล ยิ่งความยาวสายเคเบิลสั้นเท่าไหร่ก็ยิ่งดี ระยะห่างระหว่างสายสองเส้นที่ขนานกันยิ่งสั้นเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น

(4) จำนวนรูทะลุ ยิ่งจำนวนรูทะลุน้อยเท่าไหร่ ยิ่งดีเท่านั้น

(5) ทิศทางการเดินสายระหว่างชั้น ทิศทางการเดินสายระหว่างชั้นควรเป็นแนวตั้ง นั่นคือ ชั้นบนสุดเป็นแนวนอน ส่วนชั้นล่างเป็นแนวตั้ง เพื่อลดการรบกวนระหว่างสัญญาณ

(6) การเคลือบทองแดงช่วยเพิ่มการต่อลงดินของการเคลือบทองแดงซึ่งสามารถลดการรบกวนระหว่างสัญญาณได้

(7) การรวมการประมวลผลสายสัญญาณที่สำคัญสามารถปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวนของสัญญาณได้อย่างมีนัยสำคัญ แน่นอนว่ายังสามารถรวมการประมวลผลแหล่งรบกวนได้อีกด้วย ดังนั้นจึงไม่รบกวนสัญญาณอื่น

(8) สายสัญญาณไม่ได้เดินสายสัญญาณแบบวนซ้ำ เดินสายสัญญาณในโหมดเดซี่เชน

2. ลำดับความสำคัญของการเดินสายไฟ

ลำดับความสำคัญของสายสัญญาณหลัก: สัญญาณอนาล็อกขนาดเล็ก สัญญาณความเร็วสูง สัญญาณนาฬิกาและสัญญาณซิงโครไนซ์ และการเดินสายลำดับความสำคัญของสัญญาณหลักอื่นๆ

หลักการความหนาแน่นอันดับแรก: เริ่มเดินสายจากจุดเชื่อมต่อที่ซับซ้อนที่สุดบนบอร์ด เริ่มเดินสายจากบริเวณที่มีการเดินสายหนาแน่นที่สุดของบอร์ด

ข้อสังเกต:

ก. พยายามจัดเตรียมชั้นการเดินสายพิเศษสำหรับสัญญาณสำคัญ เช่น สัญญาณนาฬิกา สัญญาณความถี่สูง และสัญญาณไวต่อสัญญาณ และให้แน่ใจว่ามีพื้นที่วงรอบน้อยที่สุด หากจำเป็น ควรใช้การเดินสายแบบแมนนวล การป้องกันสัญญาณ และการเพิ่มระยะห่างเพื่อความปลอดภัย และตรวจสอบคุณภาพของสัญญาณ

ข. สภาพแวดล้อม EMC ระหว่างชั้นพลังงานและพื้นดินไม่ดี ดังนั้นควรหลีกเลี่ยงสัญญาณที่ไวต่อการรบกวน

c. เครือข่ายที่มีข้อกำหนดการควบคุมอิมพีแดนซ์ ควรเดินสายให้ยาวที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ตามข้อกำหนดความยาวสายและความกว้างสาย

3. การเดินสายนาฬิกา

สายสัญญาณนาฬิกาเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดที่ส่งผลกระทบต่อ EMC ควรเจาะรูบนสายสัญญาณนาฬิกาให้น้อยลง หลีกเลี่ยงการเดินสายสัญญาณอื่น ๆ ให้ได้มากที่สุด และหลีกเลี่ยงสายสัญญาณทั่วไปเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนสายสัญญาณ ในขณะเดียวกัน ควรหลีกเลี่ยงการใช้แหล่งจ่ายไฟบนบอร์ดเพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างแหล่งจ่ายไฟและสัญญาณนาฬิกา

หากมีชิปนาฬิกาพิเศษบนบอร์ด ชิปนาฬิกาจะไม่สามารถวางใต้เส้นได้ ควรวางใต้ทองแดง หากจำเป็นก็อาจวางบนพื้นที่พิเศษได้เช่นกัน สำหรับออสซิลเลเตอร์คริสตัลอ้างอิงชิปหลายตัว ออสซิลเลเตอร์คริสตัลเหล่านี้ไม่ควรวางใต้เส้น เพื่อวางฉนวนทองแดง

4. เส้นตั้งฉาก

โดยทั่วไปแล้วการเดินสายแบบมุมฉากเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการเดินสาย PCB และเกือบจะกลายเป็นมาตรฐานหนึ่งในการวัดคุณภาพของการเดินสายแล้ว แล้วการเดินสายแบบมุมฉากจะมีผลกระทบต่อการส่งสัญญาณมากน้อยเพียงใด? โดยหลักการแล้ว การเดินสายแบบมุมฉากจะทำให้ความกว้างของสายส่งเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้เกิดความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ อันที่จริง ไม่เพียงแต่การเดินสายแบบมุมฉาก การเดินสายแบบมุมแหลม และการเดินสายแบบมุมแหลมเท่านั้น อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์ได้

อิทธิพลของการกำหนดเส้นทางมุมฉากต่อสัญญาณนั้นสะท้อนออกมาในสามประเด็นหลัก:

ประการแรก มุมสามารถเทียบเท่ากับโหลดแบบคาปาซิทีฟบนสายส่ง ทำให้เวลาในการเพิ่มขึ้นช้าลง

ประการที่สอง ความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์จะทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณ

สาม EMI ที่ผลิตโดยปลายมุมขวา

5. มุมแหลม

(1) สำหรับกระแสความถี่สูง เมื่อจุดเปลี่ยนของลวดมีมุมฉากหรือแม้กระทั่งมุมแหลม ใกล้กับมุม ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กและความเข้มของสนามไฟฟ้าจะค่อนข้างสูง ซึ่งจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง และความเหนี่ยวนำตรงนี้จะค่อนข้างใหญ่ โดยความเหนี่ยวนำจะมีค่ามากกว่ามุมป้านหรือมุมมน

(2) สำหรับการเดินสายบัสของวงจรดิจิทัล มุมเดินสายจะป้านหรือโค้งมน พื้นที่เดินสายค่อนข้างเล็ก ภายใต้เงื่อนไขระยะห่างระหว่างสายเดียวกัน ระยะห่างระหว่างสายทั้งหมดจะกว้างน้อยกว่าระยะเลี้ยวมุมฉาก 0.3 เท่า

6. การกำหนดเส้นทางแบบดิฟเฟอเรนเชียล

ดู การเดินสายแบบดิฟเฟอเรนเชียลและการจับคู่อิมพีแดนซ์

สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในการออกแบบวงจรความเร็วสูง เนื่องจากสัญญาณที่สำคัญที่สุดในวงจรมักจะใช้โครงสร้างดิฟเฟอเรนเชียล นิยาม: ในภาษาอังกฤษแบบง่าย ๆ หมายความว่าไดรเวอร์จะส่งสัญญาณกลับทิศทางที่เทียบเท่ากันสองสัญญาณ และตัวรับจะกำหนดว่าสถานะลอจิกเป็น "0" หรือ "1" โดยการเปรียบเทียบความต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าทั้งสอง คู่สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลที่นำพาเรียกว่า การกำหนดเส้นทางแบบดิฟเฟอเรนเชียล

เมื่อเปรียบเทียบกับการกำหนดเส้นทางสัญญาณปลายเดียวทั่วไป สัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียลจะมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนที่สุดในสามด้านต่อไปนี้:

ก. ความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง เนื่องจากการเชื่อมต่อระหว่างสายดิฟเฟอเรนเชียลทั้งสองเส้นนั้นดีมาก เมื่อมีสัญญาณรบกวนจากภายนอก สายจะเชื่อมต่อโดยตรงกับทั้งสองเส้นในเวลาเดียวกัน และตัวรับจะสนใจเฉพาะความแตกต่างระหว่างสัญญาณทั้งสองเท่านั้น ดังนั้น สัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปจากภายนอกจึงสามารถถูกยกเลิกได้อย่างสมบูรณ์

ข. สามารถยับยั้ง EMI ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในทำนองเดียวกัน เนื่องจากขั้วของสัญญาณสองสัญญาณอยู่ตรงข้ามกัน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากสัญญาณทั้งสองจึงสามารถหักล้างกันได้ ยิ่งมีการจับคู่กันใกล้กันมากเท่าใด พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาสู่โลกภายนอกก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

ค. การกำหนดตำแหน่งเวลาที่แม่นยำ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงการสลับของสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลอยู่ที่จุดตัดของสัญญาณสองสัญญาณ ซึ่งแตกต่างจากสัญญาณปลายเดียวทั่วไปที่อาศัยแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์สูงและต่ำ ผลกระทบของเทคโนโลยีและอุณหภูมิจึงน้อย ซึ่งสามารถลดความผิดพลาดในการกำหนดเวลาและเหมาะสำหรับวงจรที่มีสัญญาณแอมพลิจูดต่ำ LVDS (Low Voltage Differential Signaling) ซึ่งเป็นที่นิยมในปัจจุบัน หมายถึงเทคโนโลยีการส่งสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลแอมพลิจูดขนาดเล็กนี้

สำหรับวิศวกร PCB สิ่งสำคัญที่สุดคือการทำให้แน่ใจว่าข้อดีของการจัดเส้นทางแบบดิฟเฟอเรนเชียลสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่ในการจัดเส้นทางจริง ตราบใดที่ผู้ที่เกี่ยวข้องกับฝ่ายออกแบบเข้าใจข้อกำหนดทั่วไปของการจัดเส้นทางแบบดิฟเฟอเรนเชียล นั่นคือ “ความยาวเท่ากัน ระยะทางเท่ากัน”

ความยาวเท่ากันมีไว้เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลทั้งสองจะคงขั้วตรงข้ามกันตลอดเวลาและลดองค์ประกอบโหมดร่วม ระยะเท่ากันมีไว้เพื่อให้แน่ใจว่าอิมพีแดนซ์ดิฟเฟอเรนเชียลมีความสม่ำเสมอและลดการสะท้อนกลับ บางครั้งการกำหนดเส้นทางดิฟเฟอเรนเชียลให้ใกล้เคียงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ก็เป็นสิ่งจำเป็น

7. สายงู

สายเซอร์เพนไทน์ (Serpentine Line) เป็นเลย์เอาต์ชนิดหนึ่งที่มักใช้ในเลย์เอาต์ จุดประสงค์หลักคือเพื่อปรับค่าหน่วงเวลาและตอบสนองข้อกำหนดในการออกแบบเวลาของระบบ สิ่งแรกที่ผู้ออกแบบต้องตระหนักคือ สายที่มีลักษณะเหมือนงูสามารถทำลายคุณภาพของสัญญาณและเปลี่ยนค่าหน่วงเวลาในการส่งสัญญาณได้ ซึ่งควรหลีกเลี่ยงเมื่อเดินสาย อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบจริง เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณมีระยะเวลาการคงตัวที่เพียงพอ หรือเพื่อลดเวลาออฟเซ็ตระหว่างกลุ่มสัญญาณเดียวกัน มักจำเป็นต้องพันสายโดยเจตนา

ข้อสังเกต:

เส้นสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลเป็นคู่ โดยทั่วไปจะเป็นเส้นขนาน โดยเจาะรูให้เล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยควรเป็นเส้นสองเส้นติดกันเพื่อให้เกิดการจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์

กลุ่มรถบัสที่มีคุณสมบัติเดียวกันควรเดินรถเคียงคู่กันให้ยาวที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้ได้ความยาวที่เท่ากัน รูที่นำจากแพตช์ ...