Связаться с нами
Связаться с нашими Представительствами напрямую
Главная страница: Трассировка
В дифференциальной системе передача сигнала осуществляется через пару взаимосвязанных проводников, один из которых переносит сигнал, а второй – равный, но противоположный по знаку сигнал. Дифференциальная передача сигнала разработана для тех ситуаций, когда логическая «земля» источника сигнала не может быть должным образом соединена с логической «землей» нагрузки. Дифференциальная передача сигнала не восприимчива к электрическим шумам – основным помехам, присутствующим в электронных изделиях. Другим важным преимуществом дифференциальной передачи сигналов является минимизация электромагнитных излучений, создаваемых сигнальной парой.
Трассировка дифференциальной пары на плате – это метод создания сбалансированной передающей системы, способной проводить дифференциальные (прямой и противоположный) сигналы на печатной плате. Обычно эта дифференциальная трассировка будет взаимодействовать с внешней дифференциальной передающей системой, такой как соединитель или кабель.
Важно учитывать, что в то время как коэффициент связи, достигаемый в витой паре, может быть более 99%, то в трассировке дифференциальной пары он обычно меньше 50%. По мнению экспертов, задачей трассировки на плате является не достижение определенного дифференциального импеданса, а поддержание свойств, требуемых для обеспечения качественной передачи дифференциального сигнала целевому компоненту от внешнего кабеля.
Согласно Ли Ритчи (Lee Ritchey), признанному эксперту в области проектирования быстродействующих плат, успешная дифференциальная передача не требует работы с определенным дифференциальным импедансом. Требуется следующее:
Определение дифференциальной пары на схеме осуществляется размещением директивы Differential Pair (Place » Directives) на каждой цепи пары. Обратите внимание, что цепи пары должны быть поименованы метками цепей с суффиксами _N и _P. Размещение директивы Differential Pair на каждой цепи пары применяет к ним параметр с именем (Name) DifferentialPair
и значением (Value) True
.
Определения дифференциальных пар передаются на плату в процессе синхронизации.
Размещение директив на схеме для определения дифференциальной пары.
Если необходимо определить большое количество пар, существует альтернативный подход – размещение директивы Blanket. Это позволяет применять директивы ко множеству цепей, которые находятся под Blanket (система обнаруживает цепи, электрические точки объектов Net Label которых находятся в пределах Blanket). Затем директиву Blanket достаточно пометить одной директивой Differential Pair, как показано на рисунке ниже.
На этом рисунке также показано, что помимо того что цепи будут определены как элементы дифференциальных пар (с помощью директивы Differential Pair), все включенные цепи станут элементами класса цепей RIO_Nets
, а пары станут элементами класса дифференциальных пар ROCKET_IO_LINES
и что будет создано правило Differential Pair Routing. Поскольку в этой директиве Differential Pair указан класс цепей, в редакторе плат областью действия этого правила будет класс цепей RIO_Nets
после того, как проект будет передан в редактор плат.
Если директивы Differential Pair размещены на цепи в схеме, то согласно настройкам проекта по умолчанию элементы дифференциальных пар будут созданы на плате. Для настройки используются следующие параметры в диалоговом окне Options for PCB Project:
Просматривать определения дифференциальных пар и управлять ими можно в панели PCB в режиме Differential Pairs Editor. На изображении ниже показаны пары, принадлежащие классу дифференциальных пар ROCKET_IO_LINES
. Пара V_RX0
выделена, цепи в этой паре: V_RX0_N
и V_RX0_P
. Знаки - и + возле названий цепей являются системными метками, указывающими положительный или отрицательный элемент пары.
Просматривать определения дифференциальных пар и управлять ими можно в панели PCB в режиме Differential Pair Editor. Щелкните ПКМ в области Differential Pair Classes для создания нового класса.
Дифференциальные пары можно определять как на схеме, так и в редакторе плат. Для создания объекта дифференциальной пары нажмите кнопку Add в области Differential Pairs панели PCB в режиме Differential Pairs Editor. В открывшемся диалоговом окне Differential Pair выберите существующие цепи для положительной и отрицательной цепи пары, укажите название пары и нажмите OK. Обратите внимание, что в качестве элементов дифференциальной пары можно выбрать любые две цепи, определенные в редакторе плат.
Быстрое создание пар по именованным цепям.
Зачастую необходимо, чтобы в область действия правила попадало более одной дифференциальной пары. В этой ситуации можно определить класс дифференциальных пар, объединив их таким образом в логическую группу. Определение классов осуществляется в диалоговом окне Object Class Explorer (Design » Classes).
Создание классов дифференциальных пар для упрощения процесса создания правил проектирования, применяемых к этим парам.
Если на пути сигнала дифференциальной пары есть последовательные элементы, будет полезно создать объекты xSignal. Объект xSignal – это заданный конструктором путь сигнала между двумя узлами. Это могут быть два узла внутри одной цепи или два узла разных цепей. С помощью xSignal можно определить путь сигнала, который включает в себя цепи по обе стороны от последовательного компонента, а также сам компонент. Расчеты длины трассировки для xSignal включают в себя длину пути, проходящего через последовательный компонент, показываемый тонкой линией при выборе объекта xSignal в режиме xSignals панели PCB.
Эти дифференциальные пары были определены как объекты xSignal. Длина трассировки включает в себя последовательный компонент.
Для интерактивной трассировки дифференциальной пары создайте и настройте указанные ниже правила проектирования в диалоговом окне PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules):
IsDifferentialPair
или InDifferentialPairClass('All Differential Pairs')
. Обратите внимание, что настройка Max Gap используется при трассировке, но не при проверке правил проектирования. В ходе проверки правил, расстояние между цепями проверяется согласно применяемому правилу Electrical Clearance.InDifferentialPair
.
Область действия правил проектирования определяет набор объектов, к которым это правило должно быть применено. Поскольку дифференциальная пара является объектом, можно использовать запросы, примеры которых приведены ниже:
D_V_TX1
.ROCKET_IO_LINES
.D_V_TX1
.D
.Нажмите кнопку Rule Wizard под областью Nets панели PCB в режиме Differential Pairs Editor, чтобы открыть Differential Pair Rule Wizard и в последовательном процессе настроить требуемые правила проектирования. Обратите внимание, что область действия создаваемых правил зависит от того, что выделено при нажатии на кнопку Rule Wizard. Если была выделена одна пара, то правила будут действовать на цепи этой пары, но если был выбран класс дифференциальных пар, то правила будут действовать на цепи и все пары в этом классе.
Главная страница: Интерактивная трассировка
Дифференциальные пары трассируются именно как пары, т.е. трассировка двух цепей осуществляется одновременно. Для трассировки дифференциальной пары выберите команду Interactive Differential Pair Routing из меню Route. Затем необходимо выбрать одну из цепей пары – нажмите по любой из них, чтобы начать трассировку. На анимации ниже показана трассировка дифференциальной пары.
Трассировка цепей в дифференциальной паре осуществляется одновременно.
В процессе трассировки дифференциальной пары вы можете выполнить следующие действия:
Walkaround
, Push
, Hug and Push
, Stop at First Obstacle
, Ignore Obstacles
)
Редактор плат включает в себя мощные инструменты для улучшения качества существующих трасс. Инструменты, известные как Glossing (Сглаживание) и Retracing (Повторная трассировка), доступны в меню Route.
На анимации в предыдущем разделе, Трассировка дифференциальной пары, показана простая демонстрация сглаживания.
Выделение является базовым действием для всех аспектов проектирования, в том числе при работе с существующей трассировкой. Если необходимо провести сглаживание или удаление некоторых трасс, их нужно сначала выделить.
В редакторе плат можно выделять объекты, полностью попадающие в рамку, либо те, которые попадают в рамку и на ее границу. Режим зависит от направления перемещения мыши в процессе выделения объектов рамкой:
Обычной ситуацией является необходимость выделения множества объектов, которые касаются, например, сегмента трассы разведенной цепи или линии соединения неразведенной цепи. Относительно простой задачей является выделение набора сегментов трасс, которые идут параллельно друг другу, с помощью рамки, касающейся этих сегментов (Select Touching), как описано выше. Но интерактивное выделение целых трасс может оказаться затруднительным.
Но это можно легко сделать – выберите один или несколько сегментов и затем расширьте выделенный набор, включив в него касающиеся трассы, с помощью клавиши Tab, как показано на видео ниже.
Демонстрация способов выделения.
Главная страница: Изменение трассировки
При трассировке может возникнуть множество случаев, когда будет необходимо изменить существующие трассы – например, выходы из контактных площадок могут не понравиться вам, и вы заходите изменить их форму (как показано на видео ниже). Хотя и возможно изменить существующие трассы с помощью перетаскивания сегментов, зачастую проще выполнить трассировку повторно.
Для этого выберите команду Route » Interactive Differential Pair Routing, затем щелкните по какой-либо существующей трассе. Проложите новый путь трассы и вернитесь на существующую трассу, где это необходимо. Будет создана петля со старым и новым путями. После щелчка ПКМ или нажатия Esc для завершения трассы лишние сегменты будут автоматически удалены, в том числе и лишние переходные отверстия. Трассировка дифференциальных пар несколько отличается от трассировки одиночных цепей. В процессе трассировки одиночной цепи, последний сегмент отображается контуром (упреждающий сегмент), и он не размещается при щелчке ЛКМ. Трассировка дифференциальных пар не включает в себя упреждающие сегменты, поэтому при щелчке ЛКМ будут размещены все видимые сегменты. Наведите курсор, чтобы убедиться в отсутствии лишних сегментов.
При изменении дифференциальных пар вручную путем перетаскивания сегментов возможно расталкивание одного элемента пар другим, либо перемещение каждого из них независимо.
Использование удаления петель для интерактивной повторной трассировки дифференциальной пары – простая трассировка вдоль нового пути, с автоматическим удалением старого пути. Пары можно изменить путем перетаскивания одной из цепей с расталкиванием другой (Shift+R в процессе перетаскивания для изменения режима).
Чтобы узнать больше, перейдите на страницу Изменение трассировки.
Бывали случаи, когда трассу было невозможно проложить через какой-нибудь зазор, и вы не могли понять почему? Такая путаница еще более вероятна при трассировке дифференциальных пар. В Altium Designer существует возможность для помощи в таких ситуациях под названием динамическое отображение границ зазоров. Когда эта функция включена, области, определяемые существующими объектами + применяемым правилом для зазоров, отображаются в виде затененного полигона внутри локальной круглой области, как показано на видео ниже. Нажмите Ctrl+W для включения или отключения этой функции.
Динамическое отображение границ зазоров в процессе размещения дифференциальной пары.
Отображаемую область можно ограничить областью вокруг текущего положения курсора, либо отобразить на всем экране. Это определяет подопция Reduce Clearance Display Area на странице PCB Editor - Interactive Routing диалогового окна Preferences.
Дифференциальные пары часто используются в быстродействующих проектах благодаря своей устойчивости к помехам и упрощению задачи получения высококачественного возвратного пути сигналов. Однако, как и для однопроводных сигналов, необходимо управлять их длинами для обеспечения требований к синхронизации.
В процессе трассировки дифференциальной пары, длина каждой из двух цепей отображается в строке состояния, а также в информационном окне Head-Up display (Shift+H для включения/отключения). Значения длин, отображаемые в панели PCB обновляются при выходе из трассировки пары.
Текущая длина трасс каждой цепи в паре отображается в информационном окне Head-Up display (Shift+H для включения/отключения).
Для обеспечения требований к времени прохода сигналов и синхронизации можно задать правила проектирования Length и Matched Length. Эти правила можно использовать как в процессе проверки правил проектирования (DRC), так и при интерактивной подстройке длины.
Правило Matched Length обнаруживает наиболее длинную пару, попадающую в область действия правила, и использует значение средней длины (Average Length) этой пары в качестве базы для сравнения с другими целевыми парами, требуя чтобы их длины попадали в допуск, определенный в этом правиле. Значение Average Length показано в панели PCB в режиме Differential Pairs Editor .
Могут быть требования к согласованию длины между парами, а также внутри каждой пары.
Для этого необходимо создать подходящее правило проектирования Matched Length:
Для дифференциальных пар было определено два правила согласования длины – одно между парами (слева), другое внутри пар (справа).
Главная страница: Подстройка длины
Подстройка длины пар и цепей внутри каждой пары осуществляется с помощью двух команд подстройки длины. Для подстройки длины:
Сначала подстройте длины дифференциальных пар, затем длину более короткой цепи внутри пары.
Меандры для подстройки длины дифференциальной пары состоят из множества коротких сегментов трасс и дуг. Их можно выделить и удалить вручную, но как правило более эффективно провести новую трассу поверх них – функция удаления петель удалит лишний сегменты трасс/дуг.
Использование удаления петель для удаления меандров.
Связаться с нашими Представительствами напрямую