Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах

в 15:04, , рубрики: CAD/CAM, Алгоритмы, дифференциальные пары, Производство и разработка электроники, трассировка печатных плат

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 1
В публикации приводится описание метода сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах. Основу метода составляет техника генерации и применения шаблонов подключения печатных проводников дифференциальной пары к трассируемым контактам электронных компонентов с минимизацией длины несопряженных участков.

Введение

Дифференциальные пары широко применяются для передачи высокочастотных и помехозащищенных сигналов в электронных устройствах, реализуемых на конструкциях печатных плат. Каждый такой сигнал передаётся парой эквивалентных сигналов противоположной полярности (Сигнал+/Сигнал-), а приёмник реагирует исключительно на разницу между их значениями. В этом случае внешние помехи, воздействующие на линии передачи (печатные проводники) пары, прибавляются к двум инвертированным по отношению друг к другу сигналам без изменения их разности и, таким образом, не проявляются в результирующем сигнале на стороне приемника.
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 2
Необходимость трассировки дифференциальных пар в автоматическом или интерактивном режимах привела к реализации в современных САПР РЭА инструментальных средств прокладки электрических соединений (печатных проводников) между заданными парами выводов – источников и приемников сигналов с учетом заданных правил на топологию и параметры этих соединений. Список правил для трассировки соединений в дифференциальных парах достаточно широк и многообразен, к основным среди них следует отнести перечисленные ниже.

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 3

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 4

С учетом заданных правил и ограничений средства трассировки дифференциальных пар выполняют прокладку проводников с максимально возможным их сопряжением и обеспечением разности длин, не превышающей заданную правилами проектирования.
При необходимости, допускается переход со слоя на слой с построением соответствующей пары межслойных переходов.
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 5

Сопряжение соединений при трассировке дифференциальной пары

Размеры контактных площадок источников и приемников сигналов, а также расстояния между ними значительно превышают заданную величину номинального зазора между сопряженными проводниками в дифференциальных парах.
Первой задачей, решаемой при трассировке дифференциальной пары, является сопряжение проводников, то есть прокладка их участков от выводов компонентов к точке сопряжения. Качество результатов сопряжения определяется разностью длин построенных проводников и их симметричностью. Симметричное сопряжение состоит из пары проводников, в которой один из них является копией другого, полученной в результате применения к нему операции зеркального отображения относительно оси симметрии контактов.

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 6

Асимметричное сопряжение состоит из пары проводников разной длины и с отличающейся топологией.

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 7

Предлагаемый метод сопряжения соединений при трассировке дифференциальных пар базируется на использовании шаблонов сопряжений. Каждый шаблон содержит параметризованное описание пары контактов и сопрягаемых проводников, исходящих от этих контактов.
Предполагается, что пары контактов могут быть представлены следующими объектами печатного монтажа:

  • круглые контактные площадки – планарные или сквозные выводы электронных компонентов, а также межслойные переходы
  • прямоугольные контактные площадки — планарные выводы электронных компонентов
  • сегменты печатных проводников.

Метод сопряжения проводников рассматривается на примере круглых контактных площадок с сохранением общности подхода применительно к прямоугольным и другим выпуклым формам контактных площадок.

Каждый шаблон сопряжения формируется на основе исходного, содержащего описания пары контактов и сопрягаемых проводников. Все описания в исходном шаблоне представляются в местной системе координат и нулевой ориентации. При размещении каждого экземпляра шаблона на плате к нему применяются операции переноса в заданную позицию Mv(X,Y), поворота на заданный угол Rot(θ) и зеркального отображения RflOX() и RflOY() относительно осей ОХ и OY соответственно как это показано на рисунке ниже.

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 8

Описание пары контактов в исходном шаблоне сопряжения выполняется с использованием параметрической аппроксимации формы контактных площадок замкнутыми полигонами (для круглых площадок используются правильные восьмиугольники как это показано на рисунке).

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 9

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 10 Каждый экземпляр исходного шаблона образуется сочетанием пары ребер полигона, пересекаемых сопрягаемыми Сигнал+ и Сигнал- проводниками. Перечисление всех допустимых сочетаний ребер образует полное множество шаблонов сопряжений проводников.
В последующем изложении представляются только шаблоны базового подмножества, применение к которым операций преобразования RflOX() и RflOY() формирует полное множество шаблонов сопряжения.

Симметричные шаблоны сопряжения

Важным достоинством симметричных шаблонов сопряжения является то, что сопрягаемые участки проводников имеют одинаковую длину. Далее оцениваются следующие параметры каждого шаблона сопряжения:
• величина параметра настройки шаблона (λ) в обеспечение заданных правил проектирования
• максимальная длина сопрягаемых проводников (Lmax)
• разность длин (по модулю) сопрягаемых проводников (Δ)

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 11
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 12

Представленные ниже два симметричных шаблона сопряжения имеют ограниченное применение в тех случаях, когда перед парой контактных площадок непосредственно размещены какие-либо элементы печатного монтажа, препятствующие сопряжению проводников с минимизацией их суммарной длины.

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 13

Асимметричные шаблоны сопряжения.

При трассировке плат с высокой плотностью печатного монтажа применение симметричных шаблонов во многих ситуациях оказывается невозможным без нарушения проектных правил. По этой причине их множество расширяется асимметричными шаблонами, в которых сопрягаемые проводники имеют разную длину. Далее представляются левосторонние варианты асимметричных шаблонов сопряжения, правосторонние шаблоны получаются в результате применения применением к операции зеркального отображения относительно оси OY, например: A’B = RflOY(AB’).

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 14

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 15
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 16
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 17
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 18
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 19
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 20

Представленное множество шаблонов сопряжения (включая также и производные, полученные в результате применения операций преобразования RflOX( ) и RflOY( ) к базовому набору) применимо к любой паре трассируемых контактов.
В процессе трассировки дифференциальной пары контактов для каждой точки сопряжения (определяемой текущей позицией курсора мыши или вычисляемой автоматически) выполняются следующие операции:

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 21

Ниже представлены иллюстрации выбора шаблонов сопряжения по областям при трассировке пары контактов дифференциальной цепи.

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 22

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 23

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 24

Посмотреть видео>>>

Несколько примеров прокладки соединений дифференциальных пар с использованием шаблонов сопряжения.

Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 25

Краткие выводы

1. Сопряжение проводников при трассировке дифференциальных пар требует применения специальных методов, обеспечивающих минимизацию суммарной длины несопряженных участков.

2. Решение задачи сопряжения проводников выполняется как на “стороне” пары контактов – источников сигнала, так и на “стороне” контактов – приемников.

3. Использование шаблонов сопряжения проводников не является единственным методом решения этой задачи, однако он обладает высоким быстродействием (за счет локализации анализируемой области монтажного пространства печатной платы) и обеспечивает выбор наиболее подходящих вариантов сопряжения проводников.
Методы сопряжения электрических соединений при трассировке дифференциальных пар на печатных платах - 26
4.Состав применяемых шаблонов сопряжения может быть расширен вариантами, обеспечивающими, при необходимости, компенсацию суммарной разности длин Сигнал+/Сигнал- соединений в дифференциальной паре – за счет принудительного увеличения длины короткого соединения пары.

Автор: Alexander Abramov

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js