A publicação descreve um método para emparelhar conexões elétricas ao rastrear pares diferenciais em placas de circuito impresso. O método é baseado na técnica de geração e aplicação de padrões para conectar condutores impressos de um par diferencial a contatos rastreados de componentes eletrônicos, minimizando o comprimento de seções não conjugadas.
1. Introdução
Os pares diferenciais são amplamente utilizados para transmitir sinais de alta frequência e protegidos contra ruídos em dispositivos eletrônicos implementados no design de placas de circuito impresso. Cada um desses sinais é transmitido por um par de sinais equivalentes de polaridade oposta (
Sinal + / Sinal- ), e o receptor responde exclusivamente à diferença entre seus valores. Nesse caso, o ruído externo que atua nas linhas de transmissão (condutores impressos) do par é adicionado aos dois sinais invertidos entre si sem alterar sua diferença e, portanto, não aparecem no sinal resultante no lado do receptor.
A necessidade de rastrear pares diferenciais nos modos automático ou interativo levou à implementação de modernas ferramentas CAD REA para estabelecer conexões elétricas (condutores impressos) entre determinados pares de saídas - fontes e receptores de sinais, levando em consideração as regras dadas para a topologia e os parâmetros dessas conexões. A lista de regras para rastrear compostos em pares diferenciais é bastante ampla e diversificada, as principais dentre as quais estão listadas abaixo.
Tendo em conta as regras e restrições fornecidas, os meios para rastrear pares diferenciais executam a colocação dos condutores com o máximo emparelhamento possível e fornecendo uma diferença de comprimentos que não excede as regras de projeto especificadas.
Se necessário, é permitida uma transição de camada para camada com a construção do par correspondente de transições entre camadas.
Emparelhar conexões ao rastrear um par diferencial
O tamanho dos blocos de contato das fontes e receptores de sinais, bem como as distâncias entre eles, excedem significativamente o valor especificado do intervalo nominal entre os condutores acoplados em pares diferenciais.
A primeira tarefa a ser resolvida ao rastrear um par diferencial é o emparelhamento de condutores, ou seja, a colocação de suas seções desde os terminais dos componentes até o ponto de interface. A qualidade dos resultados do emparelhamento é determinada pela diferença nos comprimentos dos condutores construídos e sua simetria. O emparelhamento simétrico consiste em um par de condutores, em que um deles é uma cópia do outro, obtido como resultado da aplicação da operação de imagem em espelho em relação ao eixo de simetria dos contatos.
O emparelhamento assimétrico consiste em um par de condutores de diferentes comprimentos e com diferentes topologias.
O método proposto de emparelhamento de compostos ao rastrear pares diferenciais é baseado no uso de padrões de emparelhamento. Cada modelo contém uma descrição parametrizada de um par de contatos e condutores correspondentes que emanam desses contatos.
Supõe-se que pares de contatos possam ser representados pelos seguintes objetos de fiação impressos:
- almofadas redondas - pontas planas ou passantes de componentes eletrônicos, bem como transições entre camadas
- pastilhas de contato retangulares - fios planares de componentes eletrônicos
- segmentos de condutores impressos.
O método de emparelhamento de condutores é considerado no exemplo de pastilhas de contato redondas com a preservação de uma abordagem comum em relação às formas retangulares e outras formas convexas de pastilhas de contato.
Cada padrão de emparelhamento é formado com base no original, contendo descrições de um par de contatos e condutores correspondentes. Todas as descrições no modelo de origem são apresentadas no sistema de coordenadas local e na orientação zero. Ao colocar cada instância do modelo no quadro, operações de transferência para uma determinada posição
Mv (X, Y) , rotação por um determinado ângulo
Rot (θ) e espelhamento
RflOX () e
RflOY () em relação aos eixos
OX e
OY, respectivamente, como mostrado na figura abaixo.
A descrição do par de contatos no modelo de emparelhamento inicial é realizada usando a aproximação paramétrica do formato das almofadas de contato por polígonos fechados (para almofadas redondas, octógonos regulares são usados como mostrado na figura).
Cada instância do gabarito original é formada por uma combinação de um par de bordas poligonais cruzadas pelos condutores de sinal + e de sinal correspondentes. A enumeração de todas as combinações válidas de arestas forma um conjunto completo de padrões de interfaces de condutores.
Na apresentação a seguir, apenas os modelos do subconjunto base são apresentados, cuja aplicação as operações de conversão
RflOX () e
RflOY () formam o conjunto completo de padrões de conjugação.
Padrões simétricos de emparelhamento
Uma vantagem importante dos padrões de união simétricos é que as seções de união dos condutores têm o mesmo comprimento. Em seguida, os seguintes parâmetros de cada padrão de emparelhamento são avaliados:
- o valor do parâmetro de configurações do modelo (λ) para garantir as regras de design especificadas
- comprimento máximo de condutores correspondentes (Lmax)
- a diferença de comprimentos (módulo) dos condutores correspondentes (Δ)
Os dois padrões simétricos de emparelhamento apresentados abaixo são de uso limitado nos casos em que quaisquer elementos de fiação impressos são diretamente colocados na frente de um par de blocos de contato que interferem no emparelhamento de condutores e minimizam seu comprimento total.
Padrões assimétricos de acasalamento
Ao rastrear placas com uma alta densidade de placas de circuito impresso, o uso de padrões simétricos em muitas situações é impossível sem violar as regras de design. Por esse motivo, muitos deles são expandidos por padrões assimétricos, nos quais os condutores correspondentes têm comprimentos diferentes. As variantes do lado esquerdo dos padrões de emparelhamento assimétrico são apresentadas abaixo; os padrões do lado direito são obtidos como resultado da aplicação de uma imagem espelhada no eixo
OY para a operação, por exemplo:
A'B =
RflOY (AB ') .
Os muitos padrões de interface apresentados (incluindo derivativos obtidos como resultado da aplicação das operações de conversão
RflOX () e
RflOY () ao conjunto base) são aplicáveis a qualquer par de contatos rastreados.
No processo de rastreamento de um par diferencial de contatos para cada ponto da interface (determinado pela posição atual do cursor do mouse ou calculado automaticamente), são executadas as seguintes operações:
Abaixo estão ilustrações da escolha de padrões de emparelhamento por região ao rastrear um par de contatos de um circuito diferencial.
Assista ao vídeo >>>Alguns exemplos de roteamento de conexões de pares diferenciais usando padrões de emparelhamento.
Breves conclusões
- A conjugação de condutores ao rastrear pares diferenciais requer o uso de métodos especiais para minimizar o comprimento total de seções não conjugadas.
- A solução do problema de emparelhar condutores é realizada no lado de um par de contatos - fontes de sinal e no lado de contatos - receptores.
- O uso de padrões de emparelhamento de condutores não é o único método para solucionar esse problema, no entanto, possui alta velocidade (devido à localização da área analisada do espaço de montagem da placa de circuito impresso) e fornece uma escolha das opções de emparelhamento de condutores mais adequadas.
- A composição dos padrões de interface usados pode ser expandida com opções que fornecem, se necessário, compensação para a diferença total de comprimento das conexões Sinal + / Sinal no par diferencial devido ao aumento forçado no comprimento do par curto.