Александр Сергеевич Трофимов "Проектирование от печки – Трассировка высокоскоростных цифровых печатных плат"

Проектирование от печки – Трассировка высокоскоростных цифровых печатных плат
Александр Сергеевич Трофимов

Особенности книги:1. Полное описание ноу-хау разработки высокоскоростных печатных плат.2. Отсутствие академизма и воды.3. Образный интуитивный язык в формате «бери и делай».4. Формирование интуитивного понимания физики процессов.

Проектирование от печки – Трассировка высокоскоростных цифровых печатных плат

Александр Сергеевич Трофимов

© Александр Сергеевич Трофимов, 2024

ISBN 978-5-0062-3258-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие

В книге представлен полный базовый объем знаний, необходимый для трассировки современных высокоскоростных цифровых печатных плат (ВЦПП).

По формату книга ближе к брошюре, зато в ней нет воды. Она написана простым образным языком «от инженера – инженеру».

Книга будет полезна начинающим разработчикам цифровых печатных плат для формирования правильного и продуктивного подхода и видения. Но и опытным разработчикам мой фундаментальный подход может помочь структурировать имеющиеся навыки и знания, а так же закрыть имеющиеся белые пятна.

Изложенного материала достаточно для освоения специальности инженером работающим в смежной области.

Благодарю мою жену Вику за веру в меня, вдохновение и пример роста. Благодарю коллег, которые с одной стороны заставляли меня делать правильно, а с другой стороны заставляли думать и обосновывать свою точку зрения.

Фразы обведенные в рамочки рекомендуется зазубрить. Это сформирует интуитивное понимание сути процессов «на ходу».

Практика

Задание основных правил трассировки

Классы цепей

– POWER (включая GND) – стандартная ширина трассы 0.3 мм, минимальная 0.15 мм, максимальная – 1 мм;

– ВЧ интерфейсы: DDR, PCIe, SATA, SPI, JTAG и пр. выше 1 Мбит;

– другие критичные цепи: Voltage Sense, PWM и т. п.

Импедансы

Дифференциальные (DIFF) 100 Ом:

– 1GBASE-T (1 Гбит Ethernet) (без вариантов т.к. передача двунаправленная, кодирование PAM-5, отражения недопустимы)

– SATA Gen3 (допускается 85 Ом, т.к. передача однонаправленная, приемник терминированный, кодирование NRZ, влияние отражений невелико)

– HCSL PCIe Clocks (импеданс может быть любым, но одинаковым на всей протяженности линии, передатчик должен быть согласован. Отражения могут влиять на джиттер)

Дифф. 85 Ом:

– PCIe Gen4

Однонаправленные (SE – Single Ended) 50 Ом:

– CMOS Clocks

– JTAG

– SPI

Все прочие SE трассы сделать минимальной ширины

На данном этапе можно сделать все дифпары шириной/зазором 0.125/0.125 мм для простых плат и 0.1/0.1 мм для сложных плат, и SE сигналы соответственно 0.125 и 0.1.

Задавать зазоры на этом этапе не имеет смысла.

Для современных высокоскоростных цифровых печатных плат (ВЦПП) характерно преобладание PCIe среди ВЧ интерфейсов. Логично, чтобы дифпары 85 Ом были минимального размера (100/100 или 75/75 мкм).

Раскрашивание

Раскрашивание цепей очень помогает ориентироваться в проекте в процессе трассировки.

Земля – светло-серый.

No Connect – темно-серый.

Основные питания – в разные цвета. В процессе разработки покрасить все питания.

Классы ВЧ цепей по интерфейсам и направлениям (TX/RX). В отличие от питаний желательно добавить какой-то орнамент: дифпары в мелкую крапинку, SE-цепи – в крупную.

Расстановка всех компонентов

Крупные микросхемы и разъемы расположить примерно так, как они должны быть. Мелочь расположить группами рядом с соответствующими крупными микросхемами. Внутри групп расположение мелких компонентов произвольное, должна быть ясна только занимаемая ими площадь. Задача – определить взаимное расположение компонентов и как все будет умещаться.

На данном этапе плата может выглядеть примерно так:

Предварительная отрисовка полигонов питания

Размеры полигонов считаются в квадратах.

Максимальное число квадратов для 43 мкм меди считается по формуле:

Отсюда следует интуитивный вывод: самая сложная ситуация для инженера – шина питания с малым напряжением и большим током (например, питание ядра процессора).

Для простых форм можно очень быстро в уме посчитать число квадратов.