دليل تأريض ثنائي الفينيل متعدد الكلور: القواعد الأساسية للتوجيه النظيف

1. التصميم

وضع المكونات - عشر قواعد

1. اتبع قاعدة “ضع الكبير قبل الصغير، وضع الصعب قبل السهل”. يجب وضع كتل الدوائر المهمة والأجزاء الرئيسية أولاً.
2. استخدم مخطط الكتلة التخطيطي كدليل. ضع الأجزاء الرئيسية لتتناسب مع تدفق الإشارة الرئيسية للوحة.
3. رتب الأجزاء بحيث يسهل اختبارها وإصلاحها. لا تضع الأجزاء الكبيرة بجوار الأجزاء الصغيرة التي تحتاج إلى الوصول إليها. اترك مساحة كافية حول الأجزاء التي تحتاج إلى اختبار أو تعديل.
4. بالنسبة لكتل الدارات الكهربائية المتكررة، استخدم تخطيطًا متماثلًا عندما يكون ذلك ممكنًا. يساعد التماثل على التكرار والاختبار.
5. تحسين التصميم من خلال التوزيع المتساوي وتوازن مركز الثقل والمظهر الأنيق للوحة.
6. ضع نفس النوع من الأجزاء ذات الفتحات في نفس اتجاه X أو Y. بالنسبة للأجزاء المنفصلة المستقطبة من نفس النوع، حافظ على اتجاهها ثابتًا في الاتجاه X أو Y لتسهيل التجميع والفحص.
7. وزع الأجزاء المولدة للحرارة على اللوح حتى يبرد اللوح والمنتج النهائي بشكل أفضل. ضع الأجزاء الحساسة للحرارة بعيداً عن الأجزاء الساخنة. لا تضع مستشعرات لقياس درجة الحرارة بجوار المكونات الساخنة، إلا إذا كان يجب أن يقيس المستشعر تلك الحرارة.
8. حاول تلبية هذه الاحتياجات من الأسلاك: اجعل طول التتبع الكلي قصيرًا، واجعل آثار الإشارات الرئيسية أقصر ما يمكن. أبقِ آثار الجهد العالي أو التيار العالي بعيداً عن الإشارات الضعيفة ذات الجهد المنخفض أو التيار المنخفض. افصل الإشارات التناظرية عن الإشارات الرقمية. احتفظ بالإشارات عالية التردد بعيداً عن الإشارات منخفضة التردد. توفير مسافات كافية حول الأجزاء عالية التردد.
9. ضع مكثفات فصل الطاقة في أقرب مكان ممكن من دبابيس طاقة IC. اجعل الحلقة التي تنتقل من الطاقة إلى المكثف إلى الأرض قصيرة قدر الإمكان.
10. عند وضع الأجزاء، حاول وضع الأجزاء التي تستخدم نفس سكة الطاقة بالقرب من بعضها البعض. هذا يجعل تقسيم الطاقة لاحقًا أسهل.

2. التوجيه (التتبع)

(أ) أولوية التوجيه

• الإشارات الرئيسية أولاً: قم بتوجيه الإشارات الرئيسية أولاً: قم بتوجيه الإشارات الحرجة مثل الإشارات التناظرية الصغيرة والخطوط عالية السرعة وإشارات الساعة والخطوط المتزامنة قبل غيرها.
• الكثافة أولاً: ابدأ التوجيه في المنطقة ذات الوصلات الأكثر تعقيدًا على اللوحة. ابدأ من المنطقة الأكثر ازدحاماً.

الملاحظات:
a. امنح إشارات الساعة والإشارات عالية السرعة والإشارات الحساسة طبقات توجيه مخصصة عندما تستطيع. اجعل مساحة حلقة العودة الخاصة بهم صغيرة قدر الإمكان. إذا لزم الأمر، قم بتوجيهها يدويًا أولاً، أو استخدم الدروع، أو قم بزيادة الخلوص لحماية جودة الإشارة.
b. تجنب وضع الإشارات الحساسة للتداخل في الأماكن التي تكون فيها بيئة التوافق الكهرومغناطيسي EMC سيئة، مثل بين مستويات الطاقة والمستويات الأرضية.
c. بالنسبة للشبكات التي تتطلب معاوقة مضبوطة، اتبع قواعد عرض وطول التتبع المطلوبة.

(ب) أربعة أنماط تتبع شائعة

1. توجيه الساعة

آثار الساعة هي أحد أكبر مصادر مشاكل EMC. على خطوط الساعة، قلل من خطوط الساعة. تجنب توجيه خطوط الساعة بالتوازي مع إشارات أخرى. أبعدها عن الإشارات العامة لتقليل التداخل. أيضًا، احتفظ بخطوط الساعة بعيدًا عن مناطق الطاقة لتجنب الاقتران المتبادل بين الطاقة والساعة.

إذا كانت هناك رقاقة مولد ساعة مخصصة على اللوحة، فلا تقم بتوجيه آثار تحتها. املأ النحاس أسفل تلك الشريحة، وإذا لزم الأمر، قم بقطع المستوى خصيصًا لها. تستخدم العديد من الرقائق مذبذب بلوري مرجعي. لا تقم بالتوجيه تحت البلورة. املأ النحاس تحت البلورة لعزلها.

2. آثار الزاوية اليمنى

عادةً ما يتم تجنب الآثار ذات الزاوية اليمنى في توجيه ثنائي الفينيل متعدد الكلور. فهي مقياس شائع لجودة التوجيه. يمكن أن تغير الزاوية اليمنى عرض المسار بشكل فعال. ويؤدي هذا التغيير إلى انقطاع المعاوقة. لا يقتصر الأمر على الزوايا القائمة فحسب، بل يمكن للزوايا الحادة والزوايا الحادة أن تغير المعاوقة أيضاً.

التأثيرات الرئيسية للزوايا القائمة الزاوية على الإشارات هي:

• تعمل الزاوية مثل حمل سعوي على الأثر. هذا يبطئ زمن الارتفاع.
• يمكن أن يتسبب انقطاع المعاوقة في انعكاس الإشارة.
• يمكن لطرف الزاوية الحاد أن يولد EMI.

لذا تجنب الزوايا اليمنى والزوايا الحادة في الآثار عالية السرعة أو الحساسة.

3. الأزواج التفاضلية

انظر المرجع: مصمم Altium Designer - التوجيه التفاضلي ومطابقة المعاوقة.

تستخدم الإشارات التفاضلية على نطاق واسع في الدوائر عالية السرعة. تستخدم الإشارات الرئيسية في العديد من التصميمات أزواجاً تفاضلية. بعبارات بسيطة، يرسل المشغل إشارتين متساويتين ومتعاكستين. يقرأ جهاز الاستقبال الفرق بين الفولتية لتحديد ما إذا كان المنطق “0” أو “1”. المساران اللذان يحملان إشارة تفاضلية هما الزوج التفاضلي.

بالمقارنة مع الآثار أحادية الطرف، تتمتع الأزواج التفاضلية بمزايا واضحة:
a. مناعة أفضل ضد الضوضاء. يقترن المساران بقوة. تقترن الضوضاء الخارجية بكلا الأثرين بنفس الطريقة تقريبًا. ينظر المستقبل إلى الفرق، لذا يتم إلغاء ضوضاء الوضع المشترك.
b. التداخل الكهرومغناطيسي المنخفض. نظرًا لأن الإشارتين متعاكستين، فإن حقليهما المشعّين يلغيان. وكلما اقتربت الإشارتان من بعضهما البعض، كلما زاد إلغاء المجالين وقلت الطاقة المشعة.
c. دقة توقيت أفضل. تكون حافة التحويل عند نقطة تقاطع الشكلين الموجيين. وهذا يقلل من الحساسية للمعالجة ودرجة الحرارة، وبالتالي يكون خطأ التوقيت أقل. الإشارات التفاضلية جيدة للإشارات منخفضة السعة. LVDS (الإشارات التفاضلية منخفضة الجهد) مثال على الإشارات التفاضلية ذات السعة الصغيرة.

وللحصول على هذه الفوائد في التوجيه، يتبع مهندسو ثنائي الفينيل متعدد الكلور قاعدتين رئيسيتين: “الطول المتساوي والتباعد المتساوي”.”

• يبقي الطول المتساوي الإشارتين في طور متعاكس ويقلل من خطأ الوضع المشترك.
• تحافظ المسافات المتساوية على ثبات المعاوقة التفاضلية وتقلل من الانعكاسات.
  في بعض الأحيان يتم استخدام قاعدة “أبقِ الزوج قريبًا” أيضًا.

4. آثار اعوجاج (تعرج)

تُستخدم الآثار السربنتية لضبط التأخير وتلبية متطلبات التوقيت. يجب أن يعرف المصممون أن الآثار السربنتية تقلل من جودة الإشارة وتغير تأخير الإرسال. حاول تجنبها عندما يكون ذلك ممكنًا. ولكن في الممارسة العملية، لتلبية وقت الإعداد والانتظار أو تقليل الانحراف في مجموعة الإشارات، غالبًا ما تكون الآثار السربنتية ضرورية.

الملاحظات:

• بالنسبة للأزواج التفاضلية، قم بتشغيل الأثرين على التوازي وقلل من استخدام الفياسات. إذا كان لا بد من استخدام الفياس، فاستخدمها كأزواج حتى تظل المعاوقة متوازنة.
• اجعل آثار الناقل ذات الوظيفة نفسها موجهة جنبًا إلى جنب واجعل أطوالها متساوية قدر الإمكان. ضع الشقوق التي تأتي من وسادات SMT بعيدًا قليلاً عن الوسادة.

(ج) قواعد التوجيه المشتركة

1. التحكم في الاتجاه

تأكد من تشغيل الآثار على الطبقات المتجاورة بشكل متعامد. تجنب التوجيه في نفس الاتجاه على الطبقات المتجاورة لتقليل التداخل بين الطبقات. إذا لم تتمكن من تجنب التوجيه في نفس الاتجاه بسبب بنية اللوحة، استخدم مستوى أرضي لعزل الطبقات أو أضف آثارًا مؤرضة بين آثار الإشارة.

2. فحص الحلقة المفتوحة

لا تترك الآثار بطرف واحد عائم (متدلي). يمكن أن يعمل الخط المتدلي كهوائي ويسبب إشعاعاً أو استقبالاً غير مرغوب فيه.

3. التحكم في المعاوقة

حافظ على نفس عرض الخط في نفس الشبكة. التغييرات في العرض تغير المعاوقة المميزة ويمكن أن تسبب انعكاسًا على الخطوط عالية السرعة. إذا كان يجب تغيير العرض، حافظ على الأجزاء غير المتناسقة قصيرة قدر الإمكان.

4. التحكم في الطول

أبقِ الآثار قصيرة لتقليل التداخل من الآثار الطويلة. بالنسبة للخطوط المهمة مثل الساعات، ضع المذبذب بالقرب من الجهاز الذي يستخدم الساعة. بالنسبة لبرنامج تشغيل يقوم بتشغيل العديد من الأجهزة، اختر طوبولوجيا الشبكة حسب احتياجات النظام.

5. قاعدة الزاوية

تجنب الزوايا الحادة وذات الزاوية اليمنى لتقليل الإشعاع غير المرغوب فيه ولتلبية حدود التصنيع.

6. قاعدة الفصل

A. أضف مكثفات فصل الطاقة اللازمة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتصفية الضوضاء على قضبان الطاقة. يساعد ذلك على استقرار الطاقة. في الألواح متعددة الطبقات، تكون مواقع الفصل الدقيقة أقل صرامة في اللوحات متعددة الطبقات، ولكن في الألواح مزدوجة الطبقات، يؤثر التصميم وتوجيه الطاقة إلى أغطية الفصل بشكل مباشر على استقرار النظام ويمكن أن يقرر النجاح أو الفشل.ب. في الألواح مزدوجة الطبقات، قم بتوجيه الطاقة عبر أغطية المرشح قبل تشغيل الأجزاء.ج. في التصميمات عالية السرعة، يعتبر الفصل الصحيح أمرًا بالغ الأهمية لاستقرار اللوحة.

7. قاعدة تقسيم المناطق والطبقات

A. ضع كتل الترددات المختلفة بعيدًا عن بعضها البعض لتجنب التداخل المتبادل ولتقصير المسارات عالية التردد. ب. بالنسبة للوحات الإشارات المختلطة، ضع الدوائر التناظرية والرقمية على جوانب أو مناطق منفصلة، واستخدم مستوى أرضي بين طبقات التوجيه لعزلها.

8. قاعدة حلقة الإرجاع الأرضية

حافظ على أثر الإشارة ومنطقة حلقة الإرجاع صغيرة قدر الإمكان. الحلقات الأصغر تشع أقل وتلتقط تشويشًا أقل.

9. الطاقة وسلامة الطائرة

في المناطق التي تحتوي على العديد من الشقوق، تجنب عمل ثقوب تقطع مستويات الطاقة أو المستويات الأرضية إلى جزر معزولة. يمكن لقطع المستويات أن يكسر تكامل المستويات ويزيد من مساحة حلقة العودة. وهذا يزيد من الضوضاء والانبعاثات المشعة.

10. قاعدة 3W للتباعد

لتقليل الحديث المتبادل، حافظ على تباعد المسافة بين مركز التتبع والمركز على الأقل 3 أضعاف عرض التتبع (3 وات). هذا يمنع حوالي 70% من المجال من الاقتران. للحصول على عزل حوالي 98%، استخدم تباعد 10 وات.

11. التدريع

بالنسبة للإشارات المهمة جداً مثل الساعات أو خطوط المزامنة، قلل مساحة الحلقة عن طريق التدريع. استخدم آثار أرضية حول الإشارة أو استخدم كابلات نحاسية محمية للحالات القصوى. تأكد من ربط الدرع جيداً بالمستوى الأرضي.

12. قواعد إنهاء الخدمة

في الدوائر الرقمية عالية السرعة، عندما يكون تأخير التتبع أكبر من ربع زمن ارتفاع الإشارة، يجب التعامل مع التتبع كخط نقل. قم بمطابقة معاوقة الدخل والخرج للمشغل مع الخط. هناك العديد من مخططات المطابقة، ويعتمد الاختيار على الطوبولوجيا والتوجيه. أ. بالنسبة للوصلات من نقطة إلى نقطة (مشغل واحد ومستقبل واحد)، اختر الإنهاء المتسلسل عند المصدر أو الإنهاء المتوازي عند الحمل. الإنهاء المتسلسل بسيط ورخيص ولكنه قد يضيف تأخيرًا. ب. بالنسبة إلى برنامج تشغيل واحد إلى العديد من أجهزة الاستقبال (من نقطة إلى عدة نقاط)، إذا كانت الشبكة عبارة عن سلسلة ديزي، استخدم الإنهاء المتوازي في النهاية. إذا كانت شبكة نجمية، اتبع قواعد التوصيل من نقطة إلى نقطة. وازن بين التكلفة والطاقة والأداء عند الاختيار. لا يكون التطابق الكامل عملياً دائماً؛ الحد من الانعكاسات إلى مستويات مقبولة.

13. فحوصات الحلقة المغلقة

منع الإشارات التي تشكل حلقات ذاتية عبر الطبقات. يمكن للوحات متعددة الطبقات إنشاء حلقات ذاتية تسبب الإشعاع.

14. التحكم في طول الفرع

اجعل أطوال الفروع قصيرة. القاعدة النموذجية: Tdelay ≤ Trise / 20.

15. قاعدة الرنين

بالنسبة للإشارات عالية التردد، تجنب أطوال التتبع التي تمثل مضاعفات صحيحة من الطول الموجي للإشارة، مما قد يسبب الرنين.

16. التحكم في منطقة النحاس المعزولة

يمكن أن تسبب المناطق النحاسية المعزولة مشاكل غير مؤكدة. اربط النحاس المعزول بشبكة أرضية أو قم بإزالته لتحسين جودة الإشارة. تضيف بعض الشركات المصنعة النحاس في المناطق الفارغة للمساعدة في التصنيع ولتقليل التواء اللوحة.

17. قاعدة تداخل مستوى الطاقة المتداخلة

تجنب تداخل مستويات الطاقة المختلفة في الفضاء. هذا يقلل من التداخل بين الإمدادات ذات الاختلافات الكبيرة في الجهد. إذا تعذر تجنب التداخل، فكر في إضافة مستوى أرضي عازل بينهما.

18. قاعدة 20H لتأثير الحافة

يمكن أن يشع المجال الكهربائي بين مستويي الطاقة والمستوى الأرضي عند حافة اللوحة. لتقليل ذلك، قلص مستوى الطاقة إلى الداخل من حافة اللوحة. إذا قمت بتقليص المستوى بمقدار 20 ضعف سمك العازل الكهربائي (20H)، يمكنك الحد من حوالي 70% من المجال داخل حافة المستوى الأرضي. يمكن أن يؤدي التقلص بمقدار 100H إلى الحد من حوالي 98%.

(د) ملاحظات التوجيه الأخرى

• بالنسبة للوحات أحادية ومزدوجة الطبقة، اجعل آثار الطاقة عريضة وقصيرة. قاعدة نموذجية: يمكن أن يحمل عرض التتبع 1 مم حوالي 1 أمبير؛ استخدم هذا لحجم آثار الطاقة والأرض. اجعل مساحة حلقة الطاقة/الأرض صغيرة.
• إذا كان تتبع الطاقة طويلًا، يمكن أن تنتقل الضوضاء المقترنة به مباشرة إلى الحمل. افصل الطاقة لكل حمل قبل إدخال الحمل. بالنسبة لكل حمل، استخدم فصل مستقل وقم بتصفية السكة قبل دخول الحمل لتقليل التداخل المتبادل.

3. قواعد التوجيه DDR

انظر المراجع: قواعد وعملية توجيه DDR؛ تصميم تكامل إشارات DDR2-800 وDDR3؛ قواعد توجيه DDR2 الجزء الأول والثاني.

(أ) فهم إشارات DDR2 أولاً

مثال مستخدم هنا: شريحة DDR2 MT47H64M16HG.

تعتبر تفاصيل التعبئة والتخطيط (العبوة وتعريفات الدبابيس والمخططات) مهمة في التخطيط والتوجيه. معرفة مجموعات الإشارات: خطوط البيانات وخطوط العناوين.

مجموعات الإشارات

• البيانات: DQ[0-15]، DQS، DQS، DM، والساعة CK/CK#.
• العنوان: A[0-15]، BA[0-2]، وإشارات التحكم CS، WE، RAS، CAS. وكذلك CKE و ODT.

بالنسبة لتوجيه DDR، اتبع القواعد المحددة التي تطابق الشريحة وطوبولوجيا نظام الذاكرة. بعض نقاط توجيه DDR العامة هي:

• احتفظ بأضواء البيانات (DQS) قريبة من البيانات (DQ). اربط التوقيت بحيث يتوافق DQS مع الإعداد والانتظار في كل جهاز استقبال.
• بالنسبة للتوجيه من نقطة إلى نقطة أو التوجيه الطرقي لخطوط العناوين والأوامر، اختر الطوبولوجيا التي يوصي بها مورد الذاكرة. وغالباً ما يحتاج التوجيه الطرقي إلى إنهاء بالقرب من نهاية الخط.
• قم بتوجيه مسارات العنوان والأوامر بمقاومة مضبوطة وأطوال متطابقة عند الحاجة.
• بالنسبة للنواقل متعددة البتات، طابق الأطوال المتطابقة في كل مجموعة. احتفظ بالمجموعات منفصلة حسب الوظيفة.
• تجنب الكعوب واستخدم الإنهاء المناسب لتقليل الانعكاسات.
• احتفظ بمستويات الطاقة والمستويات الأرضية متصلة وقم بفصلها بالقرب من دبابيس الذاكرة ووحدة التحكم.
• ضع رقاقة الذاكرة ووحدة التحكم بحيث تكون المسارات الحرجة عالية السرعة قصيرة وذات انتقالات قليلة بين الطبقات.

(لمزيد من خيارات تخطيط DDR الأكثر دقة، اتبع ملاحظات تطبيق بائع الذاكرة وتحليل سلامة إشارة اللوحة).

4. الملاحظات الختامية

• تحقق دائمًا من تخطيطك مع المخطط التخطيطي ومخطط الكتلة. ضع الأجزاء الرئيسية أولاً. ثم قم بتوجيه الإشارات الحرجة. ثم أنهِ التوجيهات الأخرى.
• بالنسبة للتصميمات عالية السرعة وتصميمات الإشارات المختلطة، خطط تكديس الطبقات ووضع المستويات ومسارات الإرجاع مبكرًا. استخدم المعاوقة المضبوطة وعزل الإشارة عند الحاجة.
• استخدم القواعد الأساسية: الحلقات القصيرة، والأطوال المتطابقة للمجموعات الحرجة، والطاقة المستقرة، والفصل الجيد. تحسن هذه القواعد من جودة الإشارة وتقلل من التداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي.
• في حالة الشك، اتبع ملاحظات تطبيق البائع الخاصة ب DDR وأجهزة الإرسال والاستقبال عالية السرعة والواجهات الخاصة.