Метод проектирования печатных плат с нормированным волновым сопротивлением для устройств вычислительной техники

• Автор: Соловьев, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

1 Анализ состояния проблемы и выбор направления исследований в области

разработки метода проектирования печатных плат с нормированным волновым сопротивлением

2.1. Общая характеристика проблемы целостности сигнала

2.2. Анализ развития проблем целостности сигнала и электромагнитной

совместимости

2.3. Анализ подходов в проектировании печатных плат для устройств вычислительной

техники

2.4. Анализ развития конструкций печатных плат

2.5. Анализ развития элементной базы для устройств вычислительной техники .
2.6. Постановка задачи
2. Разработка математической модели линии передачи повышенной точности.
2.1. Анализ методов оценки электрофизических параметров линий передачи на
печатных платах для устройств вычислительной техники .
2.2. Анализ влияния технологических параметров при производстве на
электрофизические параметры печатных узлов .
2.3. Разработка математической модели для расчета элскзрофизических параметров
линии передачи в печатных узлах усгройств вычислительной техники
2.4. Оценка точности расчетов по полученным формулам
2.5. Выводы .
3. Анализ целостности сигнала в длинных линиях.
3.1. Анализ системных задержек распространения сигнала в длинных линиях .
3.2. Расчет помех отражения и анализ их влияния на целостность сигнала в устройствах вычислительной техники .
3.3. Выводы .
4. Внедрение результатов исследований и математической модели .
4.1. Проведение эксперимента по сравнению математической модели и реального
устройства .
4.2. Моделирование печатного узла сверхбыстродействующего вычислительного
комплекса
4.3. Разработка метода проектирования печатных плат с нормируемым волновым сопротивлением
4.4. Разработка рекомендаций по конструированию сверхбыстродействующей вычислительной техники
4.5. Выводы .
Заключение
Список литературы


При распространении сигнала от микросхемы к микросхеме в электронном модуле он проходит различные отрезки пути, электрические параметры которых влияют на него, вызывая те или иные искажения. Если эти искажения значительны и форма сигнала нарушается, то возможны сбои и другие нарушения функционирования цифрового устройства. С развитием электроники сохранение целостности сигнала становится все более и более значимой проблемой. В этом случае говорят, что межсоединения "прозрачны к сигналам”. Устройство, генерирующее импульс с фронтом не и тактовой частотой МГц, могло работать с разводкой печатных проводников, выполненной без учета их электрофизических параметров. Собранные опытные образцы работали также хорошо, как конечные продукты [3-4]. При разработке плат основным считалось удовлетворение критериев решения топологических задач [5]. Понятие "высокое быстродействие" относится к устройствам и системам, которые работают на частотах МГц и выше. В настоящее время от до процентов электронных модулей работают именно в этом частотном диапазоне, ио развитие протоколов передачи информации и потребность в системах значительно более высокого быстродействия определяет переход на частоты в сопіи и тысячи мегагерц [6]. Для современных цифровых технологий требуются сигналы с быстрыми и четкими фронтами. В современной архитектуре шин используются сигналы со временем нарастания и спада в диапазоне сотен и десятков пикосекунд. Некоторые из примеров приведены в Таблица 1. Таблица 1. USB 2. Чтобы использовать такие сигналы, конструкторам приходится предпринимать дополнительные усилия при выборе компонентов, способов согласования и топологии. Ведь если на проводники длиной 0 мм на печатной плате подан сигнал с фронтом короче двух наносекунд, эти проводники действуют как длинные передающие линии [2, 7]. Критические длины для некоторых цифровых устройств представлены в Таблица 1. Таблица 1. Standard TTL 5. KECL 2. FTTL 1. BICMOS 0. KH ECL 0. K.ECL 0. Other 0. Эти правила относятся к приборам и системам, где разводка проводников больше не прозрачна к сигналам. Если не учесть этот фактор, то возникнут одна или несколько проблем целостности сигнала. В общем случае при анализе целостности сигнала идеализированный цифровой сигнал рассматривается как аналоговый со всеми искажениями его формы, вызванными электрофизическими параметрами конструкции модуля. Внутренняя задержка распространения сигнала экспоненциально уменьшается со временем, стремясь к нескольким десяткам никосекунд. Однако конструкции печатных плат развиваются не так быстро, и именно платы становятся основным фактором, влияющим на качество сигнала, и ограничивающим показатели быстродействия цифровых устройств. В современных условиях при выборе принципов построения телекоммуникационной аппаратуры и используемых при ее создании схемотехнических решений разработчикам необходимо обязательно учитывать параметры линий передачи как направляющей системы электромагнитных колебаний. Это позволит существенно улучшить характеристики оборудования по пропускной способности и помехоустойчивости. Если подобный учет нс будет выполнен, то возможны помехи, приводящие к нарушению целостности сигнала. В современных изделиях, игнорирование проблемы целостности сигнала ведет к целому списку проблем, включая более высокую стоимость проектирования и доработки, увеличения времени выхода продукции на рынок, и повышает вероятность того, что функционирующее изделие и вовсе не будет разработано. Всегда более выгодно выделить дополнительное средства на проектирование изделия в первый раз, чем вкладывать средства позже. В жизненном цикле изделия часто первые шесть месяцев на рынке самые выгодные. Если изделие запоздало, существенная доля прибыли может быть потеряна. В цифровых системах сигнал в виде логических нулей и единиц распространяется между компонентами схемы. Уровню логической единицы, как правило, соответствует высокий уровень напряжения, а уровню логического нуля — низкий. Конкретные значения этих напряжений зависят от серии микросхем. В реальных компонентах эти уровни задаются с некоторым допуском.