Progettazione di PCB ad alta velocità in un mondo connesso

Il design dei PCB è cambiato: più misto, più connesso.

L’idea di una divisione “bassa velocità” e “alta velocità” è piuttosto datata – soprattutto con la crescita di Internet delle cose (IOT). Dobbiamo assicurarci che tutte le cose diverse su un PCB funzionino in armonia.

Il modo in cui abbiamo sbrogliato le schede digitali ad alta velocità funziona perché lo facciamo in un certo stile: piani di riferimento, coppie differenziali, controllo dell’impedenza. Tutto questo modella i campi elettrici e magnetici in modo da poter prevedere come si comporteranno. Fate qualcosa di diverso e tutte le scommesse sono chiuse.

I segnali digitali ora corrono così veloci che dobbiamo trattare il tutto come un problema 3D dall’inizio alla fine. Tutto questo vale per la RF , la RF funziona a prescindere delle molte ipotesi che facciamo. Può diventare strano. Se si dispone di connettività wireless, allora si ha la RF.

Ma noi possiamo farlo, perché queste schede sono insiemi di sistemi di segnalazione. Ci sono delle buone regole per definire ogni sistema, a patto che si applichino le regole giuste al progetto giusto.

Sono un ingegnere elettronico/software con, francamente, rudimentali capacità di layout di PCB. Tra le altre cose, mi piace lanciare la nuova tecnologia verso nuove funzionalità e vedere cosa succede. eCADSTAR high-speed è nuovo mentre scrivo questo, quindi ecco la mia opinione su ciò che fa per voi.

DDR4: Non è una scheda DIMM, o no?

Per prima cosa, ho controllato lo standard JEDEC. È gratuita una volta creato un account. Linee guida molto dettagliate se stai progettando una scheda di memoria. Sto montando direttamente a bordo, ma come fanno gli elettroni a saperlo? Non lo sanno, il loro è un mondo di impedenza e di campi elettrici e magnetici. Se ho lo spazio per seguire le stesse linee guida, posso progettare un solido banco di SDRAM. I vantaggi sono ancora più profondi, ma ci arriverò. Non posso ripetere qui le linee guida JEDEC perché sono copyright, ma posso mostrarvi cosa ho fatto.

Prima di tutto, la topologia.

Quando si dispone la DDR4 come una scheda DIMM, sono necessarie solo due topologie di base single-ended e differenziali: Punto a punto e Fly-by. Questi e molti altri sono modelli standard di eCADSTAR, così ho visualizzato le anteprime, ho scelto quelle che volevo e le ho applicate ai miei segnali di memoria.

Ho impostato i vincoli di obliquità (relativi) e di lunghezza assoluta. Le linee guida JEDEC si applicano quando si spaziano le SDRAM in un modo particolare, quindi è quello che ho fatto.

E poi mi sono indirizzato verso queste topologie.

Non ho mai progettato PCB per un lavoro, ma d’altra parte, ho fatto progettazione di circuiti integrati e sono un ottimizzatore. Quei progettisti SDRAM hanno fatto qualcosa per aiutare con il routing? Ci puoi scommettere! Hanno disposto le package balls in modo da poter indirizzare a zero SDRAM a SDRAM skew su 4 strati. Ho fatto il fanout di tutte le SDRAM in modo identico, poi ne ho sbrogliato un set da pacchetto a pacchetto e l’ho copiato e incollato agli altri.

Ho dovuto equalizzare le lunghezze tra le SDRAM e il loro controller, quindi ho allungato i vincoli in modo interattivo prima di controllare il tutto in Constraint Browser. Zero skew fino in fondo, a patto di prestare attenzione ai canali di routing e di fare un po’ di pin swapping al controller.

RF: E’ ad alta velocità e poi un po’ di

Volevo un’antenna di localizzazione satellitare sulla stessa scheda. Ci sono requisiti di instradamento molto severi: Regolamenti della Commissione Federale per le Comunicazioni (FCC) e altre cose molto serie che assicurano che i segnali wireless non disturbino i sistemi militari e aerospaziali.

Il routing è abbastanza ampio e si basa sulla forma. Semplici vecchie piste non vanno bene. Il tracciato è circondato da terra in uno stile specifico. Sotto di essa c’è una cavità attraverso la massa sullo strato successivo e infine la massa di riferimento sul terzo strato, con un’impedenza caratteristica di 50Ω.

Per ottenere questo risultato ho utilizzato gli strumenti completi di eCADSTAR per la creazione di forme. Le forme che ho usato non sono solo forme, sono modelli. Una volta abituati ai modelli, sono fantastici, perché si adattano subito quando si cambia qualcosa all’interno della loro area, come le vias o le tracce. Molto meglio delle semplici vecchie aree in rame.

Perché mi piace eCADSTAR ad alta velocità

Credo che uno dei motivi sia che lavoro per Zuken, quindi avrei qualcosa da spiegare se non mi piacesse eCADSTAR. Ma mi piace, mi piace davvero.

Mi piace particolarmente che sia coerente. Il reparto Ricerca e Sviluppo ci ha riflettuto a fondo in questo momento e per questo mondo RF connesso e ad alta velocità. Non hanno dovuto mettere a punto nuove funzionalità che non si adattano perfettamente al modo in cui il prodotto è stato concepito.

L’editor della libreria funziona come Schematic Editor e PCB Editor. Si fanno cose nel posto che ci si aspetta. I componenti della libreria online si fondono perfettamente, compresi i loro modelli 3D, ma una volta unite, sono anche adattabili. Per esempio, potreste voler cambiare alcuni simboli schematici per adattarli al vostro modo di lavorare, e questo va bene ed è facile. Io volevo riempire i miei e volevo modificarli un po’ per mostrare quello che sono, perché mi piace mettere insieme questa roba per articoli come questo, dove questo è importante.