AN ALLE HIGH-SPEED-DESIGNER: SIND SIE BEREIT, NACH DEN STERNEN ZU GREIFEN?

IST IHR LEITERPLATTEN-LAYOUT EIN HIGH-SPEED-DESIGN?

Immer mehr PCBs vereinen mehrere Schaltkreise. Ihre Leiterplatte muss nicht im Gigahertz-Bereich takten, um schnell zu sein – und dazu kommt noch, dass Technologien wie IOT und Smart Home Controller exponentiell wachsen.

Sogar bei der Verwendung von Standardbauteilen wie DDR3-, DDR4- oder DDR5-SDRAMs müssen die Richtlinien für das Hochgeschwindigkeits-PCB-Design eingehalten werden. Sie müssen Ihr PCB-Layout mit Constraints versehen, um eine saubere Signalintegrität zu erreichen – damit es richtig funktioniert – aber auch, damit Ihr Produkt das seine Möglichkeiten voll ausschöpfen kann.

eCADSTAR ist nicht das einzige Softwarewerkzeug, das Ihnen dies ermöglicht. Der Unterschied liegt in der Art und Weise, wie alles integriert ist, nicht im Nachhinein – und in seiner unerreichten Fähigkeit, mit den komplexen Details zu arbeiten, die Sie für ein ultra-kritisches Layout benötigen.

Doch bevor wir ins Detail gehen, welche wichtigen High-Speed-Constraints müssen Sie beachten?

Hochgeschwindigkeitssignale brauchen eine reibungslose Route

IMPEDANZ

Alle Hochgeschwindigkeits-PCB-Signale unterliegen der Impedanzkontrolle. Ohne Impedanzkontrolle laufen Hochgeschwindigkeitssignale unkontrolliert und zufällig. Normen und Anwendungshinweise spezifizieren oft die Impedanz, die Sie erreichen müssen. PCI Express (PCIe) Generation 3 funktioniert zum Beispiel gut bei 100Ω differentielle Impedanz, während für DDR3- und DDR4-Speicher oft 45Ω bis 55Ω single-ended Impedanz empfohlen wird.

Zo und ZDIFF sind die Grundlagen des High-Speed-PCB-Designs

In eCADSTAR können Sie sowohl die Single-Ended- als auch die differentielle Impedanz eingrenzen. eCADSTAR kann die Leiterbahnbreiten und differentiellen Abstände ableiten, die Sie benötigen, um Ihre Einschränkungen auf jeder Leiterplattenlage zu erfüllen, und überprüfen, ob Ihr Entwurf diese erfüllt.

LÄNGE, VERZÖGERUNG UND VERZERRUNG

Wenn Sie ein Signal auf einer einzigen Schicht von Punkt zu Punkt routen, verläuft die Verzögerung im Allgemeinen mit der Länge – und mit der Länge lässt sich leichter arbeiten. Die Länge ist konkret und sichtbar. Die Länge ist oft auch das, was in Normen und Anwendungshinweisen angegeben ist.
Fügen Sie jedoch Verzweigungen, Durchkontaktierungen und Breitenänderungen hinzu – vielleicht durch Kopplung mit anderen Leiterbahnen – und Sie müssen mit Laufzeitverzögerung arbeiten.
eCADSTAR arbeitet sowohl mit Länge als auch mit Verzögerung, einschließlich einer eingebauten Simulation, die bis zu dem von Ihnen benötigten Detailgrad arbeitet. Auch Effekte wie Signal-zu-Signal-Kopplung werden berücksichtigt.

Früher gab es einmal einen zentralen Taktgeber, und die ganze Logik richtete sich nach seinem Takt. Heutzutage ist die meiste Logik quellensynchron. Man routet Gruppen von Signalen mit ihrem Takt. Dabei muss die relative Verzögerung oder Länge – auch Skew genannt – eingeschränkt werden. In eCADSTAR können Sie Skew einschränken und sehen, dass Ihr Design beim Routen innerhalb der Einschränkungen liegt.

An einen differentiellen Takt angepasste Datenbits

TOPOLOGIE

Topologie ist die Art und Weise, wie geroutete Verbindungen elektrisch angeordnet werden. Topologievorlagen zeigen, wie das Routing aussehen sollte, wenn es in ein Übertragungsleitungs-Ersatzschaltbild umgewandelt wird, denn dieses Ersatzschaltbild ist das, was die wandernden Signale „sehen“, wenn sie von der Quelle zur Last wandern. Ihre Topologie beschreibt die Kreuzungen, Abzweigungen und Wegpunkte auf ihrer Reise.

High-Speed-Signale benötigen immer eine bestimmte Routing-Topologie. Ähnliche Ratschläge für SDRAM-, PCI-Express-, USB- und andere Signale finden Sie in vielen Anwendungshinweisen sowie in anwendbaren Signalisierungsstandards von Quellen wie JEDEC. In vielen Fällen können die Standards nach der Registrierung kostenlos heruntergeladen werden.

eCADSTAR erkennt all dies mit einer großen Auswahl an Vorlagen und sofortiger Visualisierung, die die Topologiekontrolle so schnell und zuverlässig wie möglich machen. Sie können auch Längen- und Impedanzbeschränkungen in Topologievorlagen festlegen und sie auf so viele Signale anwenden, wie Sie möchten.

Einseitige Fly-By-Topologie

DIFFERENTIELLE SIGNALE

Auf PCB-Layouts tauchen immer mehr Differenzsignale auf. USB- und HDMI-E/A, PCI-Express-Busse, DDR-Speichertaktgeber und Strobes und viele andere. Differenzialsignale sind beliebt, weil sie schneller arbeiten können – schneller, als viele Elektronikingenieure noch vor Jahrzehnten für möglich gehalten haben. In eCADSTAR bekommen Differenzsignale die erforderliche Behandlung mit automatischem, sauberem End-Routing, spezifischen Designregeln und -beschränkungen und sofortiger Kupferflächengenerierung.

Differential-Routing zu einem Mid-Mount USB-Sockel Typ C (eCADSTAR PCB Editor)

WENN ES KNIFFLIG WIRD

Bei wirklich anspruchsvollen Aufgaben wie diesem Modul-zu-Antenne-Routing müssen Sie genau sehen können, was Sie tun, mit präziser geometrischer Bearbeitung und flexibler 3D-Ansicht. Wenn Sie dabei die Anwendung wechseln müssen, können Sie leicht den Fokus auf das verlieren, was Sie gerade tun. Beispielsweise müssen HF-Signale bei engen 3D-Geometrieanforderungen geroutet werden. In einigen Fällen hängt die Zertifizierung davon ab. Daher benötigen Sie zusätzlich zu durchgängigen High-Speed-Constraints und -Layoutttools eine effiziente Bearbeitung von Geometrien mit schneller, automatischer Anpassung und Kupferflächengenerierung. Das alles können Sie in dem eCADSTAR Discovery Release selbst ausprobieren.

Routing von einem Land-Grid-Array (LGA) zu einem rauscharmen Verstärker (LNA) und einer modularen Satellite-Tracking-Antenne (eCADSTAR PCB Editor)

EINE MÖGLICHKEIT, CONSTRAINTS ZU SETZEN IST, DASS SIE ES AUF IHRE WEISE MACHEN KÖNNEN

eCADSTAR verfügt über eine konsistente Benutzeroberfläche von der Designeingabe bis zum physischen Layout, so dass die Art und Weise, wie Sie Constraints festlegen, überall gleich ist – im Schaltplan- oder im physischen Layout oder in den Designregeln der Bibliothek.

Um Ihren Designprozess noch zuverlässiger zu machen, können Sie viele Constraints als Vorlagen speichern und Signale durch Anwenden dieser Vorlagen gestalten. Sie können z.B. Knoten-zu-Knoten-Leiterbahn-Längenbeschränkungen zu Topologievorlagen hinzufügen, so dass alle Entwickler sie gemeinsam nutzen können.

Die einheitliche Benutzeroberfläche von eCADSTAR geht noch viel weiter. Warum sollte es verschiedene Möglichkeiten geben, ein Objekt zu verschieben oder zu kopieren, nur weil Sie mit der Bibliothek arbeiten – oder einen Schaltplan eingeben – oder eine Leiterplatte layouten?

BEGLEITEN SIE UNS AUF DIESER ENTDECKUNGSREISE

Wir wissen, dass Ihre Zeit kostbar ist, aber wir würden Sie gerne an Bord begrüßen, um das eCADSTAR Discovery Release selbst auszuprobieren – und zu entdecken, was es alles kann, um Ihren High-Speed PCB-Designprozess reibungsloser zu gestalten.

Es gibt viel mehr Details zum Thema CONSTRAINT-DRIVEN DESIGN. Sehen Sie selbst.

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