Высокоскоростные печатные платы. Записки схемотехника - А. В. Трундов

Скачать книгу

лектронной аппаратуры значительно увеличивает конечную стоимость опытных образцов, серийных изделий. При разработке высокоскоростных электрических схем ошибка часто бывает связана с недооценкой задачи сохранения целостности электрических сигналов (SI – signal integrity) и электропитания (PI – power integrity).

      За рубежом решением этой задачи начали заниматься еще в 70—80 гг. прошлого века, что позволило перейти от громоздких параллельных шин данных к высокоскоростным последовательным интерфейсам. Благодаря этому появилось цифровое телевидение, интернет, спутниковая телефония.

      В нашей стране c большой задержкой 1 марта 2015 г был введен межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 61188-1-2-2013 «Печатные платы и печатные узлы. Проектирование и применение» (перевод международного стандарта IEC 61188-1-2:1998), в котором внимание разработчиков было обращено на требования, предъявляемые электронной промышленностью к разработке высокоскоростных печатных плат и систем с учетом тенденции повышения скорости передачи данных в современных интерфейсах.

      Введение

      За время работы инженером-схемотехником я попытался структурировать предложенные в литературе [1—10] и собственные практические знания, касающихся сохранения целостности электрических сигналов и повышения качества систем передачи информации, разработать методики и правила, которые позволяют оптимально решить инженерные задачи.

      Подтверждением правильности теоретических предположений и практических выводов являются результаты моделирования, полученные в среде HyperLynx компании Mentor (A Siemens Business), которыми сопровождаются все примеры и предположения, представленные в этой и других моих книгах.

      Благодарю руководство и сотрудников компаний Cadence и Mentor (A Siemens Business) за предложение поближе познакомиться с их программными пакетами Sigrity и Hyperlynx (SI/PI, Thermal), за ценные советы и информацию по применению продуктов, а также возможность их временного бесплатного использования.

      Одной из задач, которую решает разработчик системы передачи данных, является обеспечение формы, уровней и временных соотношений сигналов на входе приемников в соответствии с требованиями стандартов и интерфейсов. При прохождении через среду распространения, линии передачи печатных плат, кабели, соединители происходят потери и перераспределение энергии спектральных составляющих сигнала, в результате чего его частотные, амплитудные или временные характеристики могут быть искажены. Минимизировать эти искажения и означает – успешно решить задачу сохранения целостности электрических сигналов.

      Дополнительно разработчик должен решить задачу сохранения целостности электропитания, которая заключается в обеспечении необходимых уровней напряжений и токов на всех элементах нагрузок, равномерности и монотонности характеристики зависимости импеданса цепей питания от частоты, уменьшении влияния дребезга земли на уровни сигналов и пороги срабатывания приемников, обеспечении низких уровней излучений и стойкости к воздействию внешних факторов. Только одновременное выполнение указанных условий позволит получить отличные энергетические и электромагнитные характеристики систем передачи информации.

      Сохранение целостности электрических сигналов и питания

      Система передачи информации

      Типовая схема системы передачи информации состоит из передатчика или источника данных, среды передачи и приемника данных.

      Источником данных являются драйверы микросхем, работающие в соответствии с определенными стандартами. Физический уровень интерфейсов определяет тип схемы выходного каскада (двухтактный, с открытым стоком и т.д.). Различают ТТЛ, КМОП, ЭСЛ, GaAs и другие типы физических интерфейсов. Важными параметрами источника сигнала являются его форма, уровни напряжений, как синфазных, так и дифференциальных, выходное сопротивление передатчика, выходная емкость, уровень выходного тока, полоса передаваемых частот.

      Характеристики приемников сигналов также определены в стандартах и требованиях интерфейсов. Наиболее важными из них являются входное сопротивление, входная емкость, уровни синфазного и дифференциального напряжения, помех. Дополнительно устанавливаются требования к стабильности напряжений питания, уровням напряжений, токов, мощностей, излучений при влиянии различных факторов.

      Среда передачи данных – общее понятие, которое включает в себя свободное пространство, проводную, оптическую и другие типы линий передачи. Среда распространения в значительной степени определяет форму сигнала на входе приемника, поскольку здесь могут происходить все виды искажений его формы.

      Конструктивные элементы тракта передачи информации

      Тракт передачи информации может быть простым, например, при соединении двух плат между собой, либо сложным, например, при соединении приборов через внешние и внутренние кабели, соединители.

      Сложность внутрисистемного или межсистемного тракта многократно повышается при повышении точек соединений, в каждой из которых могут возникнуть неоднородности, которые становятся

Скачать книгу