10-kerroksisen piirilevyn reitityssäännöt DDR5:lle, PCIe:lle ja Crosstalkille

Kymmenkerroksisen piirilevyn reitityssäännöt tulisi johtaa pinoamiskaaviosta, laitesuunnitteluoppaista ja kanava-analyysistä. Niitä ei tulisi kopioida yleisestä mil-arvojen taulukosta. Yhtä suuri fyysinen pituus ei aina tarkoita yhtä suurta sähköistä viivettä, "5 W:n sääntö" ei takaa ylikuulumista, eikä protokollan generointi automaattisesti sanele laminaattia tai kiinteää jäännösläpivientiä.

Tämän oppaan tarkoituksena on muuttaa sähköiset vaatimukset asettelurajoitteiksi, jotka pysyvät voimassa koko valmistuksen ajan. Se keskittyy paluureitteihin, kytkettyyn reititykseen, muistin ajoitukseen, sarjaliikennesiirtymiin, ylikuulumiseen ja DFM:lle tapahtuvaan kanavanvaihtoon. Lopulliset leveydet ja aukot tulevat julkaistusta impedanssimallista.

Jäädytä sähkösäännöt ennen reitityksen aloittamista

Reitityksen ei tulisi alkaa alustavilla dielektristen paksuuksien mitoilla ja päättyä pyyntöön valmistajalle "säätää pinoamista sopivaksi". Pinoamisen muuttaminen muuttaa leveyttä, parien välistystä, etenemisviivettä, referenssien määritystä ja joskus kerroskapasiteettia. Peruspaketin tulisi yksilöidä pinoamisen versio, materiaalirakenne, kupari, ohjatut rakenteet, laitekohtaiset ajoitussäännöt ja kriittisille kanaville käytetyt sähköiset mallit.

Käytä sääntöhierarkiaa. Laite- tai kokoonpanokohtaiset vaatimukset ohittavat yleisen yrityssäännön; simuloitu poikkeus tulee dokumentoida; ja valmistuksen vähimmäisvaatimukset ovat rajoituksia, eivät suositeltuja reititysmittoja.

Kerrosten määritys ja paluupolun jatkuvuus

Jokainen suurnopeusreitti tarvitsee jatkuvan referenssijohtimen. Yleisessä signaalin eheyttä painottavassa kymmenkerroksisessa pinossa ulommat signaalit referenssivät vierekkäisiin maatasoihin ja valitut sisemmät signaalit sijoitetaan kahden maatason väliin. Tämä järjestely on hyödyllinen, koska paluuvirta voi pysyä lähellä signaalia. Muut pinot voivat toimia, mutta asettelusääntöjen on heijastettava niiden todellisia referenssejä.

Älä reititä referenssijaon kautta

Kun johdin ylittää referenssitasossaan olevan tyhjän kohdan tai halkeaman, paluuvirta kiertää aukon, mikä lisää silmukan pinta-alaa ja kytkeytyy muihin rakenteisiin. Johdinten siirtäminen kerrokselle, jossa on jatkuva referenssi, on yleensä parempi vaihtoehto kuin kondensaattorin lisääminen piirtämisen jälkeen. Jos tehotasoa käytetään tarkoituksella korkeataajuusreferenssinä, sen kytkennän asiaankuuluvaan maadoitukseen on oltava osa suunnittelua.

Tasojen muutokset vaativat paluusiirtymän

Signaalin läpivienti siirtää eteenpäin suuntautuvaa virtaa kerrosten välillä; myös paluuvirta tarvitsee reitin vanhojen ja uusien referenssien välille. Maasta maahan -siirtymissä käytetään yleisesti lähellä olevia yhteenliitettyjä läpivientejä. Teho-maahan -siirtymissä saatetaan tarvita irrotusrakenne, joka on sijoitettu siten, että paluusilmukka on hyväksyttävän pieni kyseisellä spektrillä. "Yksi maadoitusläpivienti 50 milin säteellä" on heuristiikka, ei yleispätevä sääntö.

Vierekkäiset signaalikerrokset

Ortogonaalinen reititys voi vähentää vierekkäisten signaalikerrosten välistä kytkentää, mutta se ei tee luonnostaan ​​huonosta pinoamisesta vaaratonta. Kun kaksi signaalikerrosta on vastakkain ilman tasoa niiden välillä, päällekkäisyyttä on rajoitettava, etäisyyttä lisättävä ja pari varattava vähemmän herkille verkoille. Kriittisille sarjayhteyksille tasoeroteltu reititys on parempi vaihtoehto.

Differentiaaliparit: Geometria, vinous ja siirtymät

Differentiaaliparin tulisi säilyttää tasainen sähkömagneettinen ympäristö. Leveyden, parien välistyksen, referenssietäisyyden ja lähellä olevan kuparin tulisi pysyä impedanssin laskennassa käytetyn rakenteen sisällä. Lyhyet kavennuskohdat kytkentäalustoilla voivat olla väistämättömiä, mutta ne tulisi mallintaa tai pitää validoidun jalanjäljen sisällä.

Parin sisäinen vinouma on sähköinen suure

Muunna sallittu aikavinouma pituudeksi käyttämällä reititetyn kerroksen todellista etenemisviivettä. Kerrosta vaihtavalla parilla voi olla sama fyysinen pituus, mutta erilainen viive, jos kaksi johdinta ottavat näytteitä eri lasista, käyttävät eri läpivientigeometriaa tai kohtaavat eri referenssisiirtymät. Erittäin nopeiden linkkien tapauksessa erota viive- ja moodimuunnos sen sijaan, että luottaisit pelkästään piirilevytyökalun keskiviivan pituuteen.

Pidä kaksi siirtymää symmetrisinä

Signaalin kulkemisen liitäntäpisteiden, antiliitäntäpisteiden, referenssi-läpivientien ja haaroitusliittimien kautta tulisi olla peilisymmetrisiä, jos se on käytännössä mahdollista. Vältä yhden johtimen sijoittamista lähemmäksi tasomaista onteloa, kiinnitysreikää tai liittimen suojausta. Jos liitäntä sallii napaisuuden kääntämisen, käytä sitä tarkoituksella pitkän jakosuotimen lisäämisen sijaan visuaalisen suunnan säilyttämiseksi.

Parien yhdistämistä ei vaadita automaattisesti

Monet sarjaliikennevastaanottimet vinouttavat kaistoja, joten kaikkien PCIe- tai SerDes-parien pakottaminen samaan fyysiseen pituuteen voi lisätä tarpeetonta häviötä ja mutkittelevuutta. Noudata hallitsevaa kaistasta kaistaan ​​-vinoutumisen vaatimusta, mutta priorisoi vähäistä häviötä, puhtaita paluupolkuja ja minimaalisia siirtymiä. Parin sisäinen vinouma on yleensä tärkeämpää kuin toisiinsa liittymättömien kaistojen yhteensovittaminen.

DDR5 ja muut rinnakkaismuistiliitännät

DDR5-rajoitukset riippuvat ohjainpaketista, DRAM-organisaatiosta, moduuli- tai alasvetotopologiasta, nopeuslokerosta, kuormituksesta ja terminaatiosta. Oikea lähde on ohjaimen ja muistin toimittajan suunnitteluopas, jota tukevat simulaatiomallit. Yleinen lause, kuten "DQ:n on oltava +/- 5 milin sisällä", voi olla joko tarpeettoman tiukka tai vaarallinen tietylle alustalle.

Ryhmittele säännöt funktion mukaan

Määrittele erilliset ryhmät DQ/DMI:lle suhteessa DQS:ään, differentiaalikelloon, komentoihin/osoitteisiin/ohjaukseen ja kaikkiin moduulikohtaisiin signaaleihin. Käytä pikosekuntiviiverajoituksia mahdollisuuksien mukaan, koska fyysinen pituus muunnetaan eri tavalla eri tasoilla. Asettelutyökalu voi sitten käyttää tasokohtaista viivettä sen sijaan, että olettaisi yhden etenemisvakion.

Topologialla on merkitystä

Komento-/osoite- ja kello-ohjelmointi saattavat käyttää moduulipohjaisissa suunnitteluissa fly-by-topologiaa, kun taas datasignaalit ovat lähteen kanssa synkronisia pisteestä pisteeseen -yhteyksiä tavukaistan sisällä. Alaspäin suuntautuneet suunnittelut, rekisteröidyt moduulit ja puskuroidut moduulit tuovat mukanaan erilaisen kuormituksen ja reitityksen. Älä kopioi DIMM-topologiaa juotettuun suunnitteluun ilman alustan dokumentaatiota.

Viitearvo ja tehon eheys

Muistin ajoitukseen vaikuttavat referenssitason kohina, tehonjako ja jäljityksen pituus. Pidä tavukaistat vakaassa referenssiympäristössä, huolehdi asianmukaisesta VREF- ja VDDQ-käsittelystä ja vältä viritysrakenteiden sijoittamista tasoaukkojen päälle. Simuloi samanaikaista kytkentää ja päättämistä, kun alustan marginaali on rajallinen.

PCIe ja nopeat sarjaliikenneyhteydet

PCIe Gen5:ssä ja uudemmissa reitityslaatuun vaikuttavat eniten taajuusriippuvainen häviö, liittimien ja läpivientien epäjatkuvuudet, ylikuuluminen ja moodimuunnos. Siksi asettelusääntöjoukon tulisi sisältää muutakin kuin tavoiteimpedanssin.

PCIe 6.0 käyttää PAM4-muistia nopeudella 64 GT/s ja samalla 16 GHz:n Nyquist-taajuudella kuin PCIe 5.0 NRZ, mutta se ei ole "sama kanava, mutta kaksi kertaa enemmän bittejä". Yhteensopivuus, kohina ja FEC-konteksti eroavat toisistaan. PCIe 7.0 siirtää Nyquist-taajuuden 32 GHz:iin nopeudella 128 GT/s, mikä tekee siirtymien erottamisesta ja valmistuksen korreloinnista vaativampaa.

Ylikuuluminen, välit ja referenssitason kohina

Usein mainittu 3W:n tai 5W:n sääntö on geometrinen heuristiikka. Ylikuuluminen riippuu myös dielektrisen korkeudesta, rinnakkaispituudesta, aggressorin nousuajasta, referenssirakenteesta ja siitä, ovatko viivat reuna- vai sivukytkettyjä. Ohuella dielektrisellä kerroksella pienempi etäisyys voi jo täyttää tavoitteen; vierekkäisillä referensoimattomilla signaalikerroksilla suuri etäisyys voi silti olla riittämätön.

Aseta rajapinnalle sopiva ylikuulumistavoite ja käytä erotusta tai validoitua geometriataulukkoa muuntaaksesi tämän tavoitteen välilyönniksi. Ota huomioon uhrin koko pituus ja samanaikaiset hyökkääjät. Kello-, strobo- ja nopeasti heilahtelevat yksipäiset verkot saattavat ansaita enemmän eristystä kuin toisiinsa liittymättömät hitaat ohjaukset.

Tasokohina voi kulkeutua referenssirakenteen läpi, vaikka jälkien välinen etäisyys olisi runsas. Pidä suurvirtaiset kytkentäsilmukat pieninä, käytä sopivia tasopareja ja irtikytkentää ja vältä herkkien jälkien pakottamista referensseihin pirstaloituneilla tehosaarekkeilla. Ylikuulumista ja tehon eheyttä tulisi tarkastella yhdessä tiheissä prosessoreissa ja kiihdytinlevyillä.

Pituuden viritys ilman uuden epäjatkuvuuden luomista

Meanderit lisäävät viivettä, mutta lähekkäin sijaitsevat segmentit kytkeytyvät toisiinsa ja tuottavat vähemmän viivettä kuin niiden keskiviivan pituus antaa ymmärtää. Ne myös lisäävät häviöitä ja aiheuttavat paikallista impedanssin vaihtelua. Käytä vierekkäisten virityssegmenttien välillä mahdollisimman suurta käytännössä mahdollista etäisyyttä, minimoi kierrosten määrä ja hajauta viritys paikkaan, jossa se ei häiritse läpilyöntejä tai referenssijuonen jatkuvuutta.

Ei ole olemassa yleispätevää sääntöä siitä, että virityksen on tapahduttava lähellä lähdettä tai vastaanotinta. Sijoittelu riippuu topologiasta ja sovituksen tarkoituksesta. Lähteen ja synkronoidun väylän tapauksessa viritä määritellyn ryhmän sisällä ja säilytä topologia. Differentiaaliparin tapauksessa korjaa vinouma kompaktilla, symmetrisellä ominaisuudella, joka ei luo pitkää kytkemätöntä osaa.

Pyöristettyjä kulmia ei välttämättä tarvita, eikä yksi 90 asteen mutka ole 15 %:n heijastus jokaisessa geometriassa. Käytä 45 asteen tai kaarevaa reititystä valmistettavuuden, parisymmetrian ja yhdenmukaisten välistysten varmistamiseksi, mutta keskity suunnittelutyössä suurempiin epäjatkuvuuskohtiin, kuten liitoskohtiin, läpivienteihin, liittimiin ja referenssitason katkoksiin.

BGA-poistuminen, läpiviennit ja valmistettavuus

Pelkkä BGA-jako ei ratkaise, tarvitaanko HDI:tä. Juotosalustan halkaisija, juotosmaskistrategia, rivien lukumäärä, nastakartta, käytettävissä olevat reitityskerrokset ja pakosuunta ovat kaikki tärkeitä. Joissakin 0.5 mm:n jakoa käyttävissä laitteissa voidaan käyttää huolellisesti suunniteltua läpivientiä tai rajoitettua sokkovientiä; toiset taas vaativat läpivientiä liitäntäalustassa ja useita kerrosrakenteita. Tarkista varsinainen kotelon tuuletusaukko sen sijaan, että käyttäisit pelkän jakotaulukon.

Reiän kohdasta ”Via-in-pad” tulee ilmetä, onko reikä kuparilla täytetty, hartsilla täytetty ja päällystetty vai käsitelläänkö sitä jollain muulla pätevällä prosessilla. Pinottujen mikroreikien osalta on sovittava rakennusjärjestyksestä ja luotettavuussuunnitelmasta. HDI -opas kattaa rakenteen valinnan; asettelun on silti tarjottava sieppausalueet, antipadit ja pidätysalueet, jotka ovat yhteensopivia toimittajan rekisteröintiominaisuuksien kanssa.

Pakoreitityksen tulisi myös säilyttää referenssijohtimien jatkuvuus. Tiheät antipad-kentät voivat poistaa liikaa tasomaista kuparia kotelon alta, joten teho- ja maadoitusliitäntää tulisi tarkastella sähkömagneettisena rakenteena. Useampien maadoitusläpivientien lisääminen ei ole aina hyödyllistä, jos se pakottaa ylisuuriin tyhjiin kohtiin tai estää reitityksen.

Esivalmistuksen reitityksen tarkistus

DFM-tarkastelman ei tulisi hiljaisesti muuttaa sähköisiä rajoituksia. Kun CAM ehdottaa leveyden, padin, antipadin tai pinoamisen muutosta, muutos tulee tarkistaa impedanssi- tai kanavamallia vasten ja dokumentoida. Lähetä lopullinen asettelu valmistuspiirustusten ja verkkoluettelon kanssa DFM- tarkastusprosessin kautta.

Liittimien käynnistykset, piirilevyjen rajat ja testirakenteet

Liittimien lähtökohdat ovat usein suurempia epäjatkuvuuksia kuin tavalliset mutkat. Tarkastele signaaliliitäntää, vastaliitäntää, maadoitusnastojen kuviointia, tasomaisia ​​leikkauksia ja reititettyyn pariin siirtymistä yhtenä rakenteena. Valmistajan viitejalanjäljet ​​ovat lähtökohta, eivät takuu, koska piirilevyn paksuus, kerrosten järjestely ja valmistusmitat voivat vaihdella. Nopeimpien liittimien kohdalla käytä valmistajan mallia ja erota paikallinen piirilevyn lähtökohta.

Vältä levyn reunoilla äkillistä referenssitason päättämistä herkän reitin alapuolella. Kortin reunakoskettimet, koaksiaalikaapelin lähettimet ja mezzanine-liittimet saattavat vaatia maanmuokkausta aitojen tai paikallisten kerrossiirtymien avulla, jotka ovat liitäntäkohtaisia. Pidä mekaaniset esteet, pinnoituspalkit ja irrotettavat kielekkeet poissa sähköisestä referenssialueesta, elleivät ne sisälly malliin.

Suunnittele testikäyttöoikeudet ilman tynkien luomista

Tavalliset mittaustyynyt ja haaroitetut mittauspisteet voivat lisätä kapasitanssia tai muodostaa päättämättömän pätkän. Käytä validoitua testikuponkia, liitinliitäntää, irrotettavaa komponenttia tai päätiedonsiirtoreittiin integroitua tyynyä. Koordinoi piirin sisäiset testivaatimukset signaalin eheyden kanssa ennen asettelun valmistumista; testihaaran poistaminen kelpuutuksen jälkeen voi myös muuttaa kanavaa.

Dokumentoi tahalliset poikkeukset

Tiheät asettelut vaativat joskus paikallisen leveyden muutoksen, referenssisiirtymän tai välistyksen rikkomisen. Kirjaa ylös sijainti, syy ja simulointi tai toimittajan hyväksyntä. Dokumentoitu poikkeus on turvallisempi kuin säännön globaali höllentäminen tai tulevan DFM-insinöörin varaan luottaminen suunnitteluaikeen päättelemiseksi.

Kello-, analogia- ja tehonreititysrajat

Kaikki tärkeät verkot eivät ole differentiaalisia sarjaliikenneyhteyksiä. Referenssikellot, nollaussignaalit, analogiset anturireitit ja kytkentäteholähteet voivat aiheuttaa tai vastaanottaa häiriöitä. Luokittele verkot reunataajuuden, kohinaherkkyyden ja virtasilmukan mukaan pelkän nimellistaajuuden sijaan. Matalataajuinen kello, jolla on nopea reuna, voi vaatia enemmän huolellisuutta kuin korkeataajuinen siniaalto.

Viitekellot

Reititä referenssikellot jatkuvan tason yli, vältä tarpeettomia testitynkiä ja eristä ne kytkentäsolmuista. Vaadittu topologia – pisteestä pisteeseen, fanout-puskuri tai muu jakelumenetelmä – tulee kellolähteen ja vastaanottimen määrityksistä. Tähti- tai daisy-chain-kytkentä ei ole yleisesti oikea ratkaisu. Jos useita vastaanottimia on käytössä, simuloi kuormitusta ja päättämistä.

Analogiset ja muunninliitännät

Pidä pienet analogiset silmukat kompakteina ja erota ne aggressiivisista digitaalisista paluuvirroista. Maatason jakaminen ei ole automaattisesti hyödyllistä; yhtenäinen taso, joka on sijoitettu harkitusti, tarjoaa usein pienempi-impedanssisen paluusignaalin. Jos analogisten ja digitaalisten alueiden on liityttävä toisiinsa kontrolloidussa pisteessä, varmista, että signaalit eivät ylitä syntyvää rakoa ja että liitäntästrategia vastaa muuntimen toimittajan ohjeita.

Vaihtotehoalueet

Kytkinsolmu, porttiohjaussilmukka ja suursuuntaiset/suurtaajuusmuuttajavirrat ansaitsevat fyysiset suoja-alueet. Älä reititä suurnopeuksisia johdinpareja induktorien, muuntajien tai kytkinsolmun kuparin alle. Tasomaiset tyhjät tilat ja esteet tulee ottaa huomioon paluureitin tarkastelussa. Virrankuljetusleveys ja lämpöominaisuudet tulee arvioida IPC-2152-menetelmillä tai validoidulla simulaatiolla yleismaailmallisen virrantiheysluvun sijaan.

Dokumentoi nämä alueet asettelurajoituksiin, jotta DFM-kuparilisäykset, varastamiset tai paneelien ominaisuudet eivät tahattomasti pääse herkälle alueelle.

Reitityssäännön kuittaus

Lopullisessa reititystarkastelussa tulisi verrata asettelua julkaistuun pinoamiseen ja laitekohtaisiin rajoituksiin pikemminkin kuin yleiseen mil-arvojen tarkistuslistaan. Kriittiset ryhmät tulisi tarkistaa käyttämällä uutettuja viive-, häviö- ja siirtymämalleja, jos näiden vaikutusten katsotaan olevan olennaisia.

• Varmista, että jokainen kriittinen reitti pysyy jatkuvan referenssin päällä ja että kerrosten muutokset tarjoavat paluuvirran reitin.
• Tarkista differentiaaligeometria kaulusten, tyynyjen, läpivientien, liittimien ja testirakenteiden avulla – ei vain suorilla johtoilla.
• Käytä muistin ajoitusta tavukaistan, komento-/osoiteryhmän ja topologian mukaan käyttämällä ohjaimen ja muistin dokumentaatiota.
• Rajoita meandereita ja rinnakkaisuutta viive- ja ylikuulumisanalyysin avulla yleismaailmallisen välikertoimen sijaan.
• Varmista BGA-tuulettimen, rengasmaisten liitosten, suojapehmusteiden ja läpivientien sopivuus toimittajan hyväksymiin ominaisuuksiin.
• Toimita lopulliset piirrokset, verkkoluettelon, poraus-/reittitiedot, pinoamisrevisiot, impedanssitaulukon ja syvyysrajoitteisen piirustuksen yhdessä revisio-ohjatussa paketissa.

Asettelusääntöjen tulisi ilmaista sähköinen tavoite ja sen lähde. Tämä tekee poikkeuksista tarkasteltavissa ja estää valmistusmuutoksen mitätöimästä reititysrajoitetta hiljaa.

Reitityspoikkeusten hallinta

Tiheät asettelut tarvitsevat väistämättä poikkeuksia suositeltuihin sääntöihin. Tavoitteena ei ole kieltää kaikkia kavennuksia, kerrossiirtymiä tai paikallisia etäisyyden pienennyksiä, vaan tunnistaa, mitkä poikkeukset ovat sähköisesti merkittäviä, ja tarkastella niitä oikean mallin avulla.

Poikkeukset tulisi liittää verkkoihin, alueisiin tai luokkiin ja tallentaa suunnittelukatselmuksen tietueeseen. Laajaa suullista hyväksyntää, kuten "välistys on hyväksyttävä", ei voida toistaa ECO:n tai toimittajan siirron aikana. Sama periaate pätee laite-toimittaja-referenssiasetteluihin: säilytä sähköinen tarkoitus, mutta tarkista mitat uudelleen julkaistua piirilevypinoa vasten.

Tarkastustietueen tulisi myös yksilöidä kriittisten poikkeusten yhteydessä käytetty uutto- tai simulointiversio. Kun ECO siirtää komponenttia, muuttaa tasoa tai muuttaa liittimen jalanjälkeä, kyseinen poikkeus voidaan arvioida uudelleen sen sijaan, että peritään hyväksyntä, joka ei enää vastaa geometriaa.