Intégrité du signal : conseils essentiels pour optimiser les performances des circuits imprimés

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Introduction

Cet article vous informe sur les meilleures stratégies qui peuvent être utilisées pour améliorer les performances du PCB et minimiser les problèmes de signal. Vous y trouverez des recommandations courantes pour la mise en page, des règles pour les chemins et les plans de signal et des concepts pour améliorer l'intégrité du signal. Quel que soit le type de configuration que vous développez, comme des circuits à grande vitesse ou des cartes complexes, ces conseils amélioreront vos résultats. Plongeons-nous dans le vif du sujet !

Qu’est-ce que l’intégrité du signal ?

L'intégrité du signal
L'intégrité du signal

Définition de la bodhicitta l'intégrité du signal, en pratique, désigne la qualité et la fiabilité des signaux électriques dans un circuit imprimé particulier. Elle permet de transmettre des données sans aucune interférence ou perte due au bruit ou à tout autre facteur. L'intégrité du signal est donc préjudiciable à la transmission/commutation du signal, à la dégradation du signal et aux pannes des appareils électriques/mécaniques.

Quand faut-il s’inquiéter de l’intégrité du signal ?

Lorsqu'il s'agit de circuits à grande vitesse, voire de circuits complexes, qui deviennent de plus en plus populaires de nos jours, il faut toujours faire attention à l'intégrité du signal. Des problèmes peuvent être observés dans les conceptions à haute fréquence ou lorsque ses traces sont étendues. Il est moins coûteux de garantir une bonne qualité du signal aux étapes initiales que de le faire aux étapes ultérieures.

Quel impact cela a-t-il sur les designs ?

L'intégrité du signal a à son tour un impact sur les performances globales du système. Certaines des mauvaises décisions de conception susceptibles d'ajouter du bruit, une perte de signal ou des interférences comprennent : un routage de trace incorrect, une impédance inadaptée. Par exemple, les réseaux de communication de données peuvent être affectés et développer un problème de corruption des données en raison d'un circuit imprimé mal acheminé.

Principes fondamentaux de l'intégrité du signal que vous devez connaître

L'intégrité du signal joue un rôle important dans les signaux électriques d'un PCB et garantit leur précision. Certains des problèmes qui affectent la qualité du signal sont les interférences électromagnétiques, la diaphonie, le rebond de masse, la non-concordance d'impédance et les configurations de PCB. Se familiariser avec ces principes fondamentaux permet de développer des circuits plus efficaces. Les facteurs suivants doivent être pris en compte :

Interférence électromagnétique (EMI)

Interférence électromagnétique
Interférence électromagnétique

EMI est provoqué lorsque des signaux électromagnétiques externes interfèrent avec le fonctionnement des circuits imprimés. Ces interférences peuvent provenir de parties proches du circuit ou de sources telles que des lignes électriques. Réduire les effets des interférences électromagnétiques Un blindage et une mise à la terre appropriés des circuits peuvent aider à réduire les effets des interférences électromagnétiques. Par exemple, l'utilisation de avions au sol permet de protéger les pistes délicates des interférences. La minimisation des interférences électromagnétiques conduit à l'amélioration des signaux et des performances globales de tout système impliqué.

Diaphonie ou couplage électromagnétique involontaire

Diaphonie ou couplage électromagnétique involontaire
Diaphonie ou couplage électromagnétique involontaire

Lorsque les signaux d'une piste de circuit imprimé particulière interfèrent avec d'autres pistes à proximité, on parle de diaphonie. Ce couplage est accidentel, ce qui entraîne des interférences et une diminution de la qualité du signal. Les effets de commutation rapide, qui se produisent dans les conceptions à grande vitesse, peuvent provoquer une diaphonie qui corrompt les données. Vous pouvez éviter la diaphonie en prévoyant un espace plus grand entre les pistes ou en utilisant des paires différentielles. Il est possible de gérer la disposition des pistes et d'éviter qu'elle ne devienne un énorme problème.

Rebond au sol ou bruit de commutation simultanée

Rebond au sol se produit lorsque plus d'un signal change à ce stade et entraîne une oscillation dans le sol. Cela affecte la puissance et la mise en phase du signal et provoque ainsi des problèmes de synchronisation. Un autre effet transitoire est le rebond de masse, qui se produit généralement dans les circuits à grande vitesse de commutation. Le rebond de masse peut être minimisé à l'aide de condensateurs de découplage et d'une image de mise à la terre appropriée. C'est pourquoi des plans de masse stables sont importants pour éviter les problèmes d'intégrité du signal.

Non-concordance d'impédance

Non-concordance d'impédance
(Intégrité du signal) Inadéquation d'impédance

L'inadéquation d'impédance peut être définie comme la différence entre l'impédance du trajet du signal et la charge dans laquelle les réflexions du signal ont lieu. Cette réflexion peut donc avoir pour effet de dégrader la qualité du signal dans les conceptions à haut débit. La quantité de perte est maintenue au minimum lorsque l'impédance de la trace est adaptée à la charge. Par exemple, l'utilisation de traces à impédance contrôlée permet d'éviter les problèmes de transmission de données. Une plus grande précision du signal est obtenue lorsque l'impédance est rendue cohérente.

Configurations des couches PCB et placement des composants

Plusieurs facteurs peuvent influencer l'intégrité du signal : il est évident qu'une configuration appropriée des couches d'un PCB et le placement des composants sont deux conditions essentielles pour l'intégrité du signal. haute fréquence composants, ce qui améliore la propagation du signal puisque les distances sont considérablement réduites car les composants à haute fréquence sont regroupés de manière rapprochée. Il est suggéré d'utiliser des plans de masse sur d'autres couches afin de réduire le bruit et les interférences électromagnétiques. Positionnez les pistes sensibles à l'écart des fils de transmission d'énergie électrique. Il a été constaté qu'une bonne disposition offrait de meilleures performances et une meilleure fiabilité du signal.

Routage et plans de suivi de l'intégrité du signal

Tracer le routage
Tracer le routage

Le routage des traces est directement lié à l'intégrité du signal. Veillez à ce que les traces soient courtes et ne faites pas de virages serrés afin de ne pas trop déformer le signal. Il est recommandé de mettre en œuvre des plans de signal spéciaux pour la réalisation des traces importantes afin de modérer les attaques de bruit. L'utilisation de plans d'alimentation et de masse garantit que le chemin de retour est concis afin d'améliorer l'intégrité du chemin de retour. L'un des facteurs importants dans les conceptions à grande vitesse est la largeur et l'espacement des traces.

Comment améliorer l’intégrité du signal ?

L'amélioration de l'intégrité du signal contribue aux performances globales de votre appareil. Voici quelques exemples sur la façon d'améliorer l'intégrité de votre signal.

Définition de Stack up

L'empilement de circuits imprimés est l'organisation des couches au sein de votre carte, ce qui a un effet significatif sur l'intégrité du signal. Un bon empilement comprend respectivement la couche de signal, le plan d'alimentation et la masse, pour garantir que les signaux sont protégés du bruit et des interférences électromagnétiques. Les plans de masse peuvent améliorer le rejet du bruit et minimiser la diaphonie en installant des couches de signal entre eux. Dans les conceptions à grande vitesse, il convient de maintenir un empilement particulier afin de contrôler correctement l'intégrité du signal. De plus, les matériaux diélectriques doivent avoir des propriétés électriques stables ainsi que des structures capacitives sur le terrain. Cela clarifie le signal et améliore la fiabilité du système si la planification de l'empilement est appropriée.

Contrôle d'impédance

Un autre type est connu sous le nom de contrôle d'impédance, qui est utilisé pour maintenir l'intégrité du signal car le chemin doit avoir une impédance constante. Si l'impédance change, les signaux sont réfléchis, ce qui gâche la transmission des données et entraîne même une perte de données. Obtenez une impédance contrôlée pour des changements infimes de la largeur de la piste, de la séparation des pistes et épaisseur de cuivre. Il est recommandé de prévoir les caractéristiques d'impédance avant le début de la production ; l'utilisation d'outils de simulation est possible à cet effet. Une impédance faible et constante réduit la dégradation du signal, ce qui permet d'obtenir des performances fiables dans les conceptions à grande vitesse. Il convient donc de s'assurer que l'impédance est vérifiée de temps en temps afin que de tels problèmes ne se produisent pas. En effet, l'impédance affecte la qualité du signal et doit donc être équilibrée pour garantir une qualité de signal élevée.

Considérations sur les PCB lors de la conception de circuits

Lors du choix de l'agencement d'un PCB, certains facteurs influencent le SI. En ce qui concerne la gestion des pistes, des vias et des autres composants, il est essentiel de préciser qu'ils doivent être gérés aussi efficacement que possible. La construction du PCB et le choix des matériaux laminés ont également une fonction particulière. La conception efficace de ces éléments implique la préservation de la qualité du signal, dans l'ensemble du circuit.

Composants PCB (Routes, Traces et autres)

Traces
Composant PCB (traces)

Les traces sont les pistes qui ont les caractéristiques des chemins de transport de signaux sur le PCB. Cela détermine la largeur et l'espacement des voies pour éclairer l'impact de l'impédance sur l'intégrité du signal. Les vias, qui sont utilisés pour connecter les différentes couches, sont une source potentielle d'inductance et de capacité, diminuant ainsi la qualité du signal. Enfin, l'utilisation du nombre de vias doit être minimisée et une largeur de trace correcte doit être utilisée afin d'obtenir une meilleure intégrité du signal. D’autres éléments, tels que résistances tout comme les condensateurs, ils influencent également les chemins de signaux. Cependant, ces éléments doivent être bien conçus et bien placés pour garantir qu’il n’y ait pas de dégénérescence du signal.

Construction de circuits imprimés

La construction d'un circuit imprimé est un processus au cours duquel différents matériaux et composants sont placés à partir de la construction finale de la carte. Il existe une couche de signal, une couche de masse et une couche d'alimentation, ainsi que plusieurs couches empilées correctement ; chacune est importante pour réduire le bruit et les interférences. Choisissez des matériaux stratifiés de haute qualité avec des propriétés diélectriques stables pour améliorer la qualité du signal. Assurez-vous que la construction n'est pas mal alignée de quelque façon que ce soit ou que les couches du bâtiment ne se séparent pas en réaction à quelque chose. La construction d'un équipement de transmission de signal efficace est importante pour assurer une transmission de signal fiable et les performances générales des circuits.

Sélection de stratifiés PCB

Stratifié PCB
Stratifié PCB

Le choix du bon type de stratifié PCB est très important pour l'intégrité du signal. Les matériaux stratifiés sont liés à la constante diélectrique, à la tangente de perte et à d'autres formes de caractéristiques des propriétés électriques de la carte. Certains stratifiés ont une perte élevée, ce qui signifie que les signaux seront atténués et que l'intégrité du signal sera compromise. Les stratifiés à perte élevée doivent donc être évités. Ainsi, on peut affirmer que les stratifiés hautes performances pourraient être les plus efficaces pour les conceptions haute fréquence. Le stratifié utilisé doit également offrir une très bonne clarté du signal pour répondre aux exigences de votre application particulière.

Importance de l'impédance et du routage pour l'intégrité du signal

Contrôle et traçage d'impédance routage sont généralement les deux aspects à prendre en compte lors de la conception de l'intégrité du signal. L'impédance constante minimise les réflexions et les pertes de signal, facilitant ainsi la transmission des données. L'approche appropriée du routage des traces limite également les interférences et la diaphonie, augmentant ainsi la qualité du signal. Utilisez des outils de simulation afin de prédire et de valider les valeurs d'impédance. Concevez en mettant l'accent sur la largeur, l'espacement et la superposition des traces afin d'obtenir des performances optimales.

Routage des traces de circuits imprimés et plans de référence

Le routage des traces est le processus de définition des chemins de signaux sur le PCB. Un bon routage des signaux empêche l'interaction des signaux et la diaphonie puisque la trace du signal d'un circuit est maintenue à l'écart du générateur de bruit. Utilisez des plans communs comme des plans de masse ou d'alimentation afin que le chemin de retour soit toujours bien défini. L'emplacement correct des plans de référence diminue les interférences électromagnétiques et augmente l'intégrité du signal. Les traces doivent être courtes et directes, car en cas de nombreux chemins de signaux, les signaux peuvent se perdre. Cela va de soi car il indique qu'il faut vérifier et modifier le routage de temps en temps en fonction de son niveau d'efficacité. L'optimisation du routage des traces et l'utilisation du plan de référence par les développeurs se traduisent par une plus grande fiabilité du circuit.

Quel rôle joue la disposition des circuits imprimés dans l’intégrité du signal ?

Principaux rôles de la conception des circuits imprimés dans l'intégrité du signal que nous devrions prendre en compte :

Considérations de conception pour améliorer l'IS dans les traces de PCB

Pour préserver l'intégrité du signal dans les pistes PCB, utilisez les directives suivantes : Réduisez la longueur des pistes et évitez les coins ou les angles vifs. Pour contrôler l'impédance, il est important de maintenir les largeurs et les espaces des pistes constants. Protégez les pistes du bruit et des interférences en utilisant des plans de masse ainsi que des couches de signal. Une méthodologie de routage de piste appropriée doit être utilisée pour minimiser les effets de diaphonie et de perte de signal. Utilisez des circuits d'adaptation d'impédance ainsi que des techniques de terminaison chaque fois que cela est possible. Cela signifie également les simuler et les tester régulièrement afin de détecter d'éventuels problèmes pendant la phase de développement. Ces considérations garantissent que les performances du signal sont solides et très fiables.

Comment gérer les sources de bruit pour améliorer l'intégrité du signal

Il est donc évident que le contrôle du bruit est un aspect très important pour maintenir l'intégrité du signal à son meilleur. Réduisez la génération de bruit en excluant toute source de bruit, par exemple les composants de commutation ou les interférences extérieures. Des méthodes de blindage et une mise à la terre correcte peuvent être utilisées pour filtrer différents signaux et les protéger des interférences. Organisez correctement les traces sensibles au bruit pour éviter les zones à courant élevé ou à haute fréquence. Obtenez les stratégies de filtrage et de découplage pour améliorer la alimentationsIl est essentiel d'adapter la disposition des circuits pour réduire les niveaux de bruit, et cela doit être fait en permanence. Vous évitez ainsi les interférences provenant de divers signaux, améliorant ainsi les signaux de sortie et le fonctionnement global du circuit.

Outils de mise en page pour les concepteurs afin de préserver l'intégrité du signal

Les outils de mise en page jouent un rôle essentiel dans l'intégrité du signal. Avant qu'ils ne soient intégrés au produit. L'utilisation de ces outils peut conduire à un chemin de routage efficace ainsi qu'à des performances améliorées des circuits.

Concepteur avancé

Concepteur avancé
Concepteur avancé

La vérification des règles de conception en temps réel et les données d'analyse de l'intégrité du signal, ainsi que d'autres fonctionnalités avancées, sont fournies dans Altium Designer. Certaines des fonctionnalités qu'il englobe sont la fonction de contrôle d'impédance, la fonction de simulation de diaphonie de ligne de transmission et la fonction d'analyse de réflexion de signal, entre autres. Ces capacités contribuent à garantir que votre Conceptions de circuits imprimés ont des signaux propres et performants et sont parfaits pour une utilisation dans des conceptions complexes à grande vitesse, évitant ainsi les problèmes qui peuvent survenir pendant la fabrication.

Cadence Allegro

Cadence Allegro
(Intégrité du signal) Cadence Allegro

Cadence Allegro offre une solution efficace pour effectuer l'analyse du signal et la planification de l'impédance. Il comprend une vérification des règles en temps réel et une analyse de diaphonie pour améliorer le traçage du cheminement du signal et l'atténuation du signal. Les attributs fonctionnels d'Allegro offrent l'avantage de la performance et de la fiabilité même sur certaines des fonctions complexes des conceptions de circuits imprimés et garantissent la gestion précise et exacte des signaux à haut débit.

TAMPONS GRAPHIQUES MENTOR

TAMPONS GRAPHIQUES MENTOR
TAMPONS GRAPHIQUES MENTOR

En ce qui concerne l'efficacité des outils, Mentor Graphics PADS offre des résultats satisfaisants dans le domaine du routage des traces et de l'analyse du bruit. Il comprend des outils liés au contrôle d'impédance et à la vérification des règles de conception en temps réel pour éviter les pannes et améliorer les performances. Tout d'abord, la gestion de l'intégrité du signal est aussi efficace dans PADS en raison de sa polyvalence dans les applications à grande vitesse des PCB.

ANSYS HFSS

ANSYS HFSS
ANSYS HFSS

Il est conçu pour fournir une simulation de systèmes électromagnétiques à haute fréquence, et son principal atout est la description de la réponse du signal. Il permet d'anticiper et de prévenir des problèmes tels que la perte et la distorsion du signal grâce au contrôle du routage des traces ainsi que de l'empilement des couches. HFSS signifie simulateur de structure à haute fréquence, ce qui est très important dans les conceptions complexes et à grande vitesse, en particulier lorsque les concepteurs et les ingénieurs souhaitent concevoir leurs circuits ou leurs cartes de circuits imprimés de manière à ne pas adoucir le signal élaboré ou le signal généré dans les circuits ou les PCB en cours de conception.

Expédition Siemens

Expédition Siemens
Expédition Siemens

L'analyse du routage et de l'intégrité du signal fait partie des outils les plus avancés proposés par Siemens Xpedition. Il comprend le contrôle de l'impédance, la gestion du bruit, ainsi que la validation des règles en temps réel. Xpedition est parfait pour les conceptions à grande vitesse, promettant une intégrité du signal impeccable et des performances PCB stables grâce au nombre de fonctionnalités qui permettent de relever les défis difficiles de la manière la plus efficace.

Bonnes pratiques pour maintenir l'intégrité du signal

Il est donc judicieux de respecter des mesures telles que le placement correct des PCB, d'éviter l'utilisation de blindages et de gérer l'impédance des signaux. Ces mesures améliorent les performances et réduisent les risques d'erreurs. Leur mise en œuvre appropriée pour l'utilisateur et l'appareil facilite la transmission fiable et rapide des données.

Optimiser la disposition des PCB

Une disposition appropriée des circuits imprimés réduit également les interférences et le bruit du signal. Les pistes doivent être courtes et, mieux encore, isolées des signaux à grande vitesse afin de réduire les risques de diaphonie. L'accessibilité est également améliorée grâce à une orientation optimale des éléments, tandis que le signal reste généralement clair.

Utiliser des plans de blindage et de mise à la terre

Les interférences électromagnétiques sont minimisées grâce à l'utilisation de blindages et de plans de masse, tandis que la stabilité des voies de retour est également améliorée. Il protège d'autres signaux importants contre les interférences provenant d'autres sources. Une mise en œuvre efficace améliore la productivité de l'intégrité du signal dans les cartes de circuits imprimés ainsi que dans la fonctionnalité générale du circuit.

Impédance de contrôle

Impédance de contrôle
Impédance de contrôle

Le contrôle de l'impédance minimise les réflexions et les pertes qui sont caractéristiques de la transmission du signal. Cela signifie que lorsque les différentes pistes doivent transmettre un signal sur un chemin donné, leur impédance doit être absolument cohérente. La minimisation des variations d'impédance est la clé pour éviter la distorsion dans les conceptions à grande vitesse afin d'obtenir les meilleures performances.

Signalisation différentielle

Signalisation différentielle
(Intégrité du signal) Signalisation différentielle

Signalisation différentielle transmet les signaux à l'aide de deux lignes complémentaires, ce qui garantit que le bruit affecte les deux lignes de la même manière et que toutes les données extraites auront donc moins d'impact du bruit. Cela réduit la vulnérabilité au bruit et améliore la qualité du signal, ce qui est très important dans les conceptions à grande vitesse. Cette méthode est vraiment utile pour réduire toute forme d'interférences et en même temps, augmenter les performances.

Avantages de l’amélioration de l’intégrité du signal

Lorsque l'intégrité du signal s'améliore, l'efficacité opérationnelle du PCB augmente pour transmettre les données à des débits plus rapides et plus précis. Cela augmente également la fiabilité à long terme et réduit les pannes. À long terme, une meilleure intégrité du signal contribue à des conceptions rentables et, par conséquent, à une meilleure qualité du produit.

Performances PCB améliorées

L'amélioration de l'intégrité du signal a évidemment un impact sur l'amélioration des performances du PCB. Les icônes ont fait leurs preuves en matière d'évitement des erreurs de données et des pannes de communication. Lorsque l'intégrité du signal est gérée correctement, les modifications de données sont effectuées de manière plus rapide et plus précise. Cela améliore la tension d'alimentation globale du circuit, ce qui, d'une certaine manière, optimise l'ensemble du circuit. Cela conduit à des produits de haute qualité et fiables électronique en cours de production, à la hauteur des spécifications technologiques du marché.

Fiabilité à long terme

Pour ceux qui ne le savent pas, l'intégrité du signal est essentielle à la fiabilité à long terme de votre PCB. La dégradation du signal est l'ennemi du long terme et donc plus elle peut être proche de l'idéal, mieux c'est. L'intégrité est un aspect important dans une organisation car elle permet de vérifier les dérapages causés par les changements de l'environnement. Cela permet aux produits d'avoir une durée de vie plus longue par rapport aux réparations fréquentes qui sont coûteuses. Une bonne conception conduit également à la satisfaction du client et à la confiance du client dans les produits et services.

Conception rentable

La réduction du bruit et des interférences améliore la rentabilité des circuits imprimés. Les problèmes de signal lors du contrôle de la conception contribuent aux reconceptions et aux corrections post-production qui sont évitées en minimisant les signaux. Les nouvelles conceptions efficaces minimisent consommation de matière ainsi que les coûts de fabrication en réduisant le routage et la disposition des traces. Cela conduit également à une réduction du nombre de tests effectués. La réduction précoce de l'intégrité du signal est en fait un moyen efficace de réduire les coûts à long terme.

Pour aller plus loin

Pour aller plus loin
Pour aller plus loin

Il est donc important de veiller à ce que l'intégrité du signal soit bien gérée pour améliorer la capacité du PCB à fonctionner de manière optimale et durable. La réalisation d'une disposition appropriée, la gestion de l'impédance et la réduction du bruit sont considérées comme de bonnes pratiques. La conception à l'aide d'outils avancés contribue à obtenir de meilleurs résultats.

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