Leitungslängen Anpassung

Längen Anpassung auf der Platine

Übersicht

  • Wie schnell bewegt sich das Signal auf der Platine?
  • Was ist die Kritische Leitungslänge?
  • Wann ist die Leitungslängen Anpassung nötig?
  • Was für Nachteile hat die Leitungslängen Anpassung?
  • Wie realisieren wir es bei Altium?

Ausbreitungsgeschwindigkeit

  • Sehr hohe aber begrenzte Geschwindigkeit.

  • In Luft breiten sich Signale mit Lichtgeschwindigkeit aus. Auf der Platine sind sie langsamer.

    (LP-Meterial) = 2.8..4,3

  • Layer1 = Er = 2,8 Layer2 = Er = 4,2 Layer3 = Er = 3,8

  • 50..70% der Lichtgeschwindigkeit. 15..21 cm/ns

Kritische Leitungslänge

  • Resonanzeffekte: auf Leitungen und Potentiallagen ⇒ Störabstrahlung

  • Impuls-Reflexionen: an Leitungsenden/ Durchkontaktierung ⇒ Fehltriggerungen Die beiden HF-Effekte werden ab einer kritischen Länge der Leiterbahnen wirksam. Die kritische Länge deutlich kleiner als die Wellenlänge λ sein.

    • Ikrit = Cp.tr.1/3 –> tr= (risetime oder falltime)
    • Ikrit = 15 cm/ns . tr. 1/3 –> Lkrit = 5cm/ns . tr

    z.B: AT91SAM9261S hat minimale Anstieg zeit ca. 4ns Lkrit = 5cm/ns . tr –> Lkrit = 5cm/ns . 4ns = 20cm = 200mm Kritische Länge

Merkmale: Bei einer Leitungslaenge von bis zu 20cm treten keine nennenswerten Reflexionen auf und eine Terminierung ist nicht Nötig.

Leitungslängen Anpassung

  • Ausbreitungsgeschwindigkeit ist für Leiterplattenmaterial mit einem Er ist 15cm/ns. Die Signalverzögerung 0,07ns/cm

  • Für synchrones Schalten müssen alle Leitungen im Idealfall die selbe Gesamtlänge zwischen Treiber und den Empfänger haben.

  • Entsprechend 0,07ns/cm sind bei ns-Impulsen Wegunterschiede im cm-Bereich noch zulässig.

  • Z.B. AT91SAM9261S hat minimale Anstieg zeit ca. 4ns –> Lkrit = 5cm/ns .tr –> Lkirt= 5cm/ns . 4ns = 20cm = 200mm

Die Leitungslängen differenz bis zum 100mm bei dieser Takt würde man nichts anpassen.

  • Nacteile zur Leitungslängen Anpassen:
  • Weniger GND-Fläche
  • Komplexität der Leiterplatte wird ersteigt.
  • Verschlechterung bei EMV
  • Erhöhte Gefahr bei der Leitungskopplung (übersprechen)
  • Mehr benötigte Platz zur Routing

Leitungslängen Anpassung bei Altium

  • Zwischen Sender und Empfänger meisetn liegen Serien Wiederstände oder Andere Bauteile.

  • Meisten verteil sich das Signal Y-Förmig.

z.B. Die Leitungen zwischen Mikrokontroller und DDR Rams

  • Design –> xSignals –> Run xSignals Wizard

Select the source component (Signal Quelle = Mikrokontroller)

Alle Signale zum diesen Familie werden gewählt.

Select Destination Components (Signal Ziel = DDR-Rams)

Danach berechnet Altim automatisch die Signale zwischen Mikrokontroller und DDR Bausteine in einer Tabelle.

so definiert man die Leitungsgruppe im PCB mit Altium. Dann kann man die Längen unter einer Gruppe anpassen.

Wichtige Parameters beim High Speed Signalen

  • Hier sind 5 Goldene Regeln gültig
  1. Single Ended oder Differential pair Impedance

  1. Leitungslängen Anpassung zwischen Differential Signalen

  • Die Space soll direkt am Anfang seien.
  • Wenn mehr als 2 Space Nötig ist, soll man ein einziges Gröseres Space direkt am Anfang vorsehen.

  • unten wird ein schlechtes Beispiel dargestellt.

  • unten wird ein gutes Beispiel dargestellt.

  • Design Rule für Differentiall Signale definieren.

  1. Abstände zwischen Leitungen (Crosstalk)

Schlecht:

Weil das Signal kann überspringen.

Gut: Winkel : 45°; Abstand zwischen Leitungen minimal = 3x Leitung Dicke Ideal = 5x Leitung Dicke

  1. Gleiche Signalgrouppe werden zusammen geführt.

  2. Man soll maximal 5Leitungen Parallel durchführen dann soll ein GND Signal mit geführt werden.