Concevoir des PCB à Grande Vitesse Dans un Monde Connecté

La conception des PCB a changé : plus mixte, plus connectée.

L’idée d’une séparation  » basse vitesse  » et « grande vitesse » est assez dépassée, surtout avec la croissance de l’Internet des objets (IoT). Nous devons nous assurer que tous les objets sur un PCB fonctionnent en harmonie.

La façon dont nous avons router les signaux sur les cartes numériques à grande vitesse fonctionne parce que nous le faisons dans un certain style : les plans de référence, paires différentielles, contrôle de l’impédance. Tout cela façonne les champs électriques et magnétiques afin que nous puissions prédire comment ils vont se comporter. Les signaux numériques vont très vite maintenant, si vite que nous devons traiter le tout comme un problème 3D du début à la fin. Tout cela s’applique à la RF, parce que la RF fonctionne en dehors de nombreuses hypothèses que nous faisons pour le reste. Ça peut devenir bizarre. Si vous avez une connectivité sans fil, alors vous avez la RF.

Mais nous pouvons le faire, parce que ces cartes sont des assemblages de systèmes de signalisation. Il existe de bonnes règles pour l’établissement de chaque système, à condition d’appliquer les bonnes règles à la bonne conception.

Je suis un ingénieur en électronique / logiciel avec des compétences rudimentaire en implémentation de PCB. Entre autres choses, j’aime jeter de nouvelles technologies à de nouvelles fonctionnalités et voir ce qui se passe. eCADSTAR haute vitesse est nouveau à l’heure où j’écris ceci, alors voici mon point de vue sur ce qu’il peut faire pour vous.

DDR4: Ce n’est pas une carte DIMM, ou l’est-elle?

Tout d’abord, j’ai vérifié la norme JEDEC. Il est gratuit une fois que vous créez un compte. Des directives très complètes si vous concevez une carte mémoire. Mais comment les électrons connaissent ce standard ? Ils ne le connaissent pas ; il y a un monde d’impédance et de champs électriques et magnétiques. Pourvu que j’aie l’espace pour suivre les mêmes lignes directrices de ce standard, je peux concevoir une rangée de SDRAM. Les avantages sont encore plus profonds, mais j’en arriverai là. Je ne peux pas répéter les lignes directrices du JEDEC ici parce qu’elles ont le droit d’auteur, mais je peux vous montrer ce que j’ai fait.

D’abord, la topologie.

Lorsque vous implémentez une DDR4 comme une carte DIMM, il n’y a besoin que de deux topologies de base, topologie unique et différentiel. Ces topologies et beaucoup plus sont des modèles standard dans eCADSTAR, alors j’ai feuilleté les aperçus, choisi ceux que je voulais et les ai appliqués à mes signaux de mémoire.

J’ai mis en place des contraintes de longueur sur des skew group (relative) et absolue. Les lignes directrices de JEDEC s’appliquent lorsque vous espacez les SRAM d’une manière particulière, c’est donc ce que j’ai fait.

Et puis j’ai routé les signaux vers ces topologies.

Je n’ai jamais conçu un PCB dans ma carrière, mais j’ai fait de la conception de circuits intégrés (IC) et j’ai fait de l’optimisation. J’ai tiré les nets de tous les SDRAMS à l’identique, puis j’ai dessiné les fils sur un ensemble de boitier à boitier et copié et collé aux autres.

J’ai dû égaliser les longueurs entre les SDRAM et leur contrôleur, donc j’ai rajouté de la longueur interactivement (avec la fonction lengthen) avant de vérifier tout cela dans le Constraint Browser. J’ai eu zéro skew (diffférence de longueur) sur tout le long, tant que j’ai prêté attention aux canaux de routage et fait quelques échanges de broches équivalentes au contrôleur.

RF: C’est à grande vitesse et plus

Je voulais une antenne de suivi de satellite sur la même carte. Il y a des exigences rigoureuses en matière de routage : les règlements de la Commission Fédérale de Communication (FCC) et d’autres choses vraiment sérieuses qui font en sorte que les signaux sans fil ne bloquent pas les systèmes militaires et aérospatiaux.

Le routage est assez large et il est basé sur la forme (shape-based). La piste est entourée de la masse dans un style spécifique. En-dessous il y a une cavité à travers la masse sur la couche suivante et la masse de référence principale est sur la troisième couche, ce qui donne une impédance caractéristique de 50 (50Ω).

J’ai utilisé les outils complets de création de forme d’eCADSTAR pour y arriver. Les formes que j’ai utilisées ne sont pas seulement des formes, ce sont des modèles. Une fois que vous vous habituez à l’utilisation des modèles, ils sont fantastiques, parce qu’ils s’adaptent tout de suite lorsque vous changez quoi que ce soit à l’intérieur de leur zone, comme les vias ou les pistes. Beaucoup mieux que les zones de cuivre pleine à l’ancienne.

Pourquoi j’aime eCADSTAR à grande vitesse

Je suppose qu’une des raisons est que je travaille pour Zuken, donc j’aurais quelques explications à faire si je n’aimais pas eCADSTAR.

Mais j’aime ça, vraiment. J’aime particulièrement que c’est cohérent. La recherche et le développement y ont réfléchi pour ce monde connecté, à signaux rapides et RF. Ils n’ont pas eu à créer de nouvelles fonctionnalités qui ne correspondent pas à la façon dont le produit a été conçu.

L’éditeur de bibliothèque fonctionne comme l’éditeur de schéma et l’éditeur de cartes (PCB). Tu fais des trucs à l’endroit que tu attends. Les pièces de bibliothèque en ligne fusionnent directement, y compris leurs modèles 3D, mais une fois fusionnées, elles sont également adaptables. Par exemple, vous pouvez changer certains symboles schématiques pour s’adapter à la façon dont vous travaillez, et c’est très bien et c’est facile.