回路基板のトレースをレイアウトするとき、どのインピーダンスを考慮する必要がありますか？

マイクロコントローラーなどの低速回路設計（通常は20 MHz未満）を行っていますが、現在はより高速な回路をいくつか始めています。私が知りたいのは：

• 高速回路のトレースにはどのような考慮事項が必要ですか？

• 2つの高速デバイス間の各ラインのインピーダンスを一致させる必要がありますか？

• すべてのトレースは同じ長さである必要がありますか？

• これらのルールの参考資料はありますか？

• これは、オープンソースの回路設計ツール（gEDAおよび会社）を使用して実行できますか？

（最初は、100 MHzの範囲でボードを使用した経験があると言いますが、専門家とはほど遠いです。）

標準的なリファレンスは、Johnson and Grahamによる高速デジタルデザインです。ジョンソンはまた、2003年に、より高度な続編である高速信号伝搬を作成しました。

gEDAと会社を使用して任意のボードをレイアウトできますが、手に入れることができれば、より良いツールを探している限り、arbitrarily意的に難しくなる可能性があります。多くのトレースの長さを手で合わせると、すぐに退屈になります。

実際にトレースを使用して行う必要があることについては、次の点に注意してください。

1. トレースがデジタル信号の立ち上がりエッジの1/6より長くなると、トレースの長さが重要になります。一般的なPCBでの立ち上がり時間が1 nsの場合、立ち上がりエッジは約6インチに及ぶため、トレースの長さは1インチ未満にする必要があります。

2. 反射信号を防ぐために、トレースの終端を特性インピーダンスに一致させる必要があります。実際には、これは、トレースが宛先に到達する直前に抵抗をグランドに接続するか、トレースの開始時に抵抗を直列に接続することを意味します。私はCrecraftとGergelyによってアナログ電子回路の第12章の図は、拡張された持続時間を見つめて価値があることが判明しました：http://books.google.com/books?id=lS7qN6iHyBYC&lpg=PP1&ots=cg6ZMM2GI1&dq=analog%20electronics%20crecraft&pg = PA296＃v = snippet＆q = propagation％20of％20a％20pulse＆f = false製造元のデータシートには、推奨される終端スキームが含まれている場合があります。

3. 信号速度が上がると、相互インダクタンスと急速に変化する電流（V = L * di / dt）により、隣接するトレースに誘導される電圧について心配する必要があります。これを「クロストーク」と呼びます。つまり、トレースを互いに離して配置し、すべてのトレースの下にグランドプレーンを使用するか、分離しようとしているトレース間にグランドトレース（「ガードトレース」）を配置する必要があります。

実際に私が心配しているのはそれだけです。

高速デジタル信号の場合、トレースのインピーダンスを信号の出力ドライバーの出力インピーダンスに一致させる必要があります。多くの信号伝送ラインでも終端処理が必要です。これにより、反射とシンボル間干渉が減少します。トレースのインピーダンスは、主にその幅とPCBスタックアップによって決まりますが、信号のリターンパスも役割を果たします。レイヤーを切り替えたり、信号をスプリットグランドプレーンにルーティングすると、インピーダンスの不連続性が生じ、リンクが動作できる最大速度が低下します。

トレース長の一致要件は、信号で使用されるバスプロトコルのタイミング要件によって決まります。Eb、DDRメモリインターフェイスでは、DQ（データ）信号がDQS（ストローブ）信号の非常に多くのピコ秒以内に到着する必要があります。不一致の大まかな推定値は、トレース長の不一致と伝送ラインの伝搬遅延から計算できます。シグナルインテグリティエンジニアは、I / Oドライバーのルーティングトポロジとモデルのシミュレーションを実行することにより、タイミングスキューのより正確な分析を作成します。

このテーマに関する優れた参考資料は、ハワード・ジョンソン博士の本「高速デジタル設計：黒魔術のハンドブック」（http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241）です。

ジェイソン

これはすべて、「高速」の意味に依存します。

終了が必要かどうかを判断する上で最も重要な要素は、立ち上がりエッジが伝播するのにかかる時間です。立ち上がり時間が100 psである場合、100 MHzであるか10 MHzであるかは関係ありませんが、反射はあなたを傷つけます。しかし、反射は、「伝送ライン」の長さに達したときにのみ問題になります。私はそれが次のようなものだと思います... 300 psの立ち上がり時間ごとに、あなたは終了せずに約1インチ行くことができます。.9 nsの立ち上がり時間では、約3インチ移動できます。

トレースのインピーダンスに関しては、「マイクロストリップ」をググってください。トレースの下に固体の接地面が必要です。次に、プレーンからのトレースの距離（ボードスタックアップで決定）、およびトレースの幅によって、トレースインピーダンスが大きく決まります。多くのPCB設計ツールは、自動的にトレースインピーダンスを計算します。

回路で必要でない限り、トレースを同じ長さにする必要はありません。たとえば、DDRメモリは一定量内でそれを必要とし、差動トレースはそれを必要とします。

シミュレーションの標準は、HyperLynx（メンターによる）です。LineSimは事前レイアウトを行います。BoardSimは、レイアウト後の処理を行います。