Разводка шин с параллельными подключениями, 66-133MHz, куча проводников, шлейфы, SSRAM, CPLD, ATSAM Опции

[void F()]

Добрый день, уважаемые. Прошу вашей помощи в непростой задаче.
Дана ПП двухслойная с шиной, где частота передачи варьируется от 66-133MHz. Я завершил лишь часть разводки:



Дело в том, что эти проводники подходят и к CPLD, и к SSRAM, и к коннекторам, которые подключат другие три платы короткими шлейфами.
Я постарался избегать прямых углов и переходных отверстий, но последних получается 2-4 на линию. По расчетам длина линии не должна превышать 112мм иначе возникнут серьезные отражения (1/20 длины волны).



Вот путь управляющего сигнала типа WE/OE. Показан наихудший случай.



Тактовый сигнал я пропустил аккуратно без отверстий. Но возможно это бессмысленно, тк. частота каждой линии может быть ~ тактовой.



Собственно вопросы следующие:

1) Можно ли обойтись без терминирующих резисторов на концах (крайне сложно реализовать)? Длина проводников близка к максимальной 112мм (для 133MHz).
2) Поможет ли хоть как-нибудь последовательное согласование рядом с микроконтроллером?
3) Необходимо ли устанавливать буферы на остальных платах, к которым эта ПП будет подсоединена шлейфами?
4) Заработает ли что-нибудь работать на текущий момент разработки?

PS: PDF с разводкой имеется...  PCB1_01.pdf ( 258.28 килобайт ) Кол-во скачиваний: 249

PSS: Распишу подробнее, если необходимо.

[agregat]

По идее Ваша трассировка ничем не отличается от обычной шины PCI 66MHz. Все что нужно на стороне МК поставить последовательные резисторы.
И думаю CPLD подключить так, как будто это четвертый разъем. Чтобы все переходные были на примерно одинаковом расстоянии от разъема Ш1.
Буферы желательно поставить, тогда Вы отсечете топологию модулей от данной шины.
Снизить переходные процессы можно последовательными резисторами на выходе передатчиков. Причем значительно так снизить.
Возможно имеет смысл на модулях и на выходе МК влепить резисторы последовательно 33..100 Ом на каждый сигнал, включая тактовую частоту.
Работать она должна сразу даже для такой разводки. Особого криминала не видно...

[Old_horse]

Плата двуслойная, питание не разведено и места для обратных сигналов не предусмотрены. Кроме того, критичная длина проводников определяется не частотой переключения сигналов, а быстродействием приемопередатчиков, которое будет выше 133 МГц.
Мне кажется, двуслойная плата с таким подходом к проектированию заработает только чудом. На многослойке еще можно что-то обсуждать, если не подключать дополнительные платы шлейфами неизвестной длины. Шина PCI спроектирована целиком, вместе с цепями питания, согласованием, допустимыми длинами разных классов сигналов на дополнительных платах и т.п.

[void F()]

Спасибо за ответы, agregat и Old_horse.

Все что нужно на стороне МК поставить последовательные резисторы.
И думаю CPLD подключить так, как будто это четвертый разъем.

Хорошо, т.е. на каждую плату по резисторам. А будут ли влиять на амплитуду сигнала остальные компоненты (всего: 7 включений в шину) ? Впрочем, они же в состоянии HI-Z.

Буферы желательно поставить, тогда Вы отсечете топологию модулей от данной шины.

Ах да. Топология других плат намного проще: прямые линии, проходящие от разъемов сразу до компонента (2-3 см).

Плата двуслойная, питание не разведено и места для обратных сигналов не предусмотрены.

Для питания я оставил место, чтобы развести его хорошей звездой.
Интересует ситуация относительно обратных сигналов. Это должны быть земляные проводники, проходящие под линиями передачи? А если я все свободное место на заполню "землей", то обеспечит ли это достаточное место для обратных?
(со шлейфа идет две линии для "обратных сигналов").

На многослойке еще можно что-то обсуждать, если не подключать дополнительные платы шлейфами неизвестной длины.

К сожалению, многослойки сейчас обходятся очень дорого, потому я разбил многослойку на несколько... А шлейф - 6 см, с шагом 0.5.

[shf_05]

видал я как работают такие платы - рядом снимаешь шерстяную кофту и гаджет виснет.
сколько стоит кремний на печатке дешевле многослойки? Жаль кремний...

[Ant_m]

Возможно имеет смысл на модулях и на выходе МК влепить резисторы последовательно 33..100 Ом на каждый сигнал, включая тактовую частоту.
Работать она должна сразу даже для такой разводки. Особого криминала не видно...

+1 посмотрите стандарт comрact PCI это ваш случай.
и проводники пошире разносите иначе работать не будет из-за перекрестных помех. Или, что еще хуже, иногда будет не работать

[Corvus]

+1 за последовательные резисторы. В принципе, "цифра" многое прощает, охотно верю, что заработает на 133 МГц. Но, по-хорошему, этот дизайн уже за пределами двух слоёв.

[shf_05]

+1 за последовательные резисторы. В принципе, "цифра" многое прощает, охотно верю, что заработает на 133 МГц. Но, по-хорошему, этот дизайн уже за пределами двух слоёв.

да только резисторы надо не 33-100 Ом, а 400 Ом,чтобы согласовать импеданс воздуха и проводников
плата на 2-х слоях вряд ли будет проходить какие либо тесты на помехоэмиссию и будет сама ловить все что наводит помехи на провода.
цифра прощает многое, но жизнь нет.

[Ant_m]

Ну землю можно снизу сделать. 50 Ом не будет, но 150 наверно выйдет, но кусками

Вначале не сообразил что там еще 2 разъема с шлейфами... 133 Мгц в таком случае это утопия, в лучшем случае 33 как в PCI. Насколько помню, в том же PCI-X (не E!) требования значительно ужесточаются.
Если нужно 133 и на 2-х слоях, то много много резисторов, буферы и макеты, макеты и макеты долгими зимними или скорее летними вечерами.
Если хочется с первого раза, то плата 4 слоя.

[_Sergey_]

А есть ли здесь люди, отходившие от правил трассировки PCI на "Expansion Board"?

Т.е. как лучше решать дилемму - уступить ПЛИСоводам (при этом длина линий под 100мм) или держать длины линий строго по стандарту?
PCI32/33MHz.

[EvilWrecker]

Давно наблюдаю за этой веткой- интересно был посмотреть насколько сильна любовь переливанию из пустого в порожнее после того, как дан абсолютно правильный исчерпывающий ответ(точнее несколько), а именно:

Плата двуслойная, питание не разведено и места для обратных сигналов не предусмотрены. Кроме того, критичная длина проводников определяется не частотой переключения сигналов, а быстродействием приемопередатчиков, которое будет выше 133 МГц.
Мне кажется, двуслойная плата с таким подходом к проектированию заработает только чудом. На многослойке еще можно что-то обсуждать, если не подключать дополнительные платы шлейфами неизвестной длины. Шина PCI спроектирована целиком, вместе с цепями питания, согласованием, допустимыми длинами разных классов сигналов на дополнительных платах и т.п.

видал я как работают такие платы - рядом снимаешь шерстяную кофту и гаджет виснет.
сколько стоит кремний на печатке дешевле многослойки? Жаль кремний...

Однако начать стоит со следующих моментов:

Дана ПП двухслойная с шиной, где частота передачи варьируется от 66-133MHz. Я завершил лишь часть разводки

На ваши скриншотах разводка отсутствует как явление- а изображен на них либо продукт случайных игрищ с псб редактором, либо попросту какая-то странная халтура. Сам склоняюсь ко второму варианту поскольку заявление "многослойки сейчас обходятся очень дорого" действительности не соответствует. Дорого обычно исправление последствий вызванных появлением того, что изображено на скриншотах. Здесь вариант только один- делать на 4 слоях минимум и полной переразводкой всего.

[shf_05]

любителям экономить на спичках посвящается http://rusrevcom.narod.ru/content_a/FFF/fiesta_vs_tavria.htm
где-то в сети было более подробное описание с разборкой электрической части, не нашел.

[void F()]

Спасибо за советы.
Простите, что не описал ситуацию относительно соблюдения правил помехоустойчивости.
Я имел в виду минимальные требования к ПП, чтобы та заработала, пускай даже без устойчивости к шерстяным кофтам. (это и будет функционирующий макет)

посмотрите стандарт comрact PCI это ваш случай.

Да, действительно похоже. Насчет верхнего предела частоты (133MHz) - это лабораторный идеал, склоняюсь к 66 при тактовой 133.

Соглашусь с Corvus, shf_05, правильный дизайн платы лежит за пределами 2 слоев. Но:

Т.е. как лучше решать дилемму - уступить ПЛИСоводам (при этом длина линий под 100мм) или держать длины линий строго по стандарту?
PCI32/33MHz.

Действительно, у ПЛИС-оводах в экспериментальных проектах нарушен не один стандарт проектировки ВЧ платы, однако, результат удовлетворяет требования задуманного.

Вначале не сообразил что там еще 2 разъема с шлейфами... 133 Мгц в таком случае это утопия, в лучшем случае 33 как в PCI.

Вот если бы не эти три разъема (их больше двух), вопросов у меня бы не было. Неужели 6 см этого чуда все испортят?

На ваши скриншотах разводка отсутствует как явление- а изображен на них либо продукт случайных игрищ с псб редактором, либо попросту какая-то странная халтура.

EvilWrecker, то, что вы написали не добавляет никакой информации.
В чем странность этой "халтуры"? Это то Т-образное присоединение ПЛИС? Я исключил все "извивания" дорожек или этого не стоило делать?
Полагаясь на принцип "прямее и проще" при расположении компонентов и прокладки шин, я не улучшаю ВЧ характеристики?

Сообщение отредактировал void F() - Feb 11 2016, 18:30

[shf_05]

Я имел в виду минимальные требования к ПП, чтобы та заработала, пускай даже без устойчивости к шерстяным кофтам. (это и будет функционирующий макет)

это будет нечто глючное, на котором толком не отладишь ничего - больше времени потеряете, даже штучное изготовление 4-х слойки выйдет на 1-2 кр дороже 2-х слойки. да вы за 8 часов работы больше получаете наверно.

[EvilWrecker]

это будет нечто глючное, на котором толком не отладишь ничего

Я полностью поддерживаю эту мысль- это тоже самое что макетировать роботизированную автомобильную коробку передач на конструкторе лего: отсутствует собственно понятие применимости одного к другому.

EvilWrecker, то, что вы написали не добавляет никакой информации.

почему же нет? Мысль именно в том что на ваших скриншотах разводка отсутствует как явление- без каких-либо завуалирований.

В чем странность этой "халтуры"? Это то Т-образное присоединение ПЛИС? Я исключил все "извивания" дорожек или этого не стоило делать?
Полагаясь на принцип "прямее и проще" при расположении компонентов и прокладки шин, я не улучшаю ВЧ характеристики?

Обычно люди начинать сразу пытаться оценивать хайспиды, установку компонентов, ЭМС и пр.- это неверно в корне. Начинать нужно с самых простых вещей- а именно с того, как организованна земля(во-первых) и как организовано питание(во-вторых). Если на этом этапе видно неудовлетворительные результаты то никакие дальнейшие разводки/установки смысла не имеют, это мертворожденный дизайн. Говоря же о содержимом ваших скриншотов в этом контексте, оценка "неудовлетворительно" будет чересчур лестной.

[Ant_m]

Вот если бы не эти три разъема (их больше двух), вопросов у меня бы не было. Неужели 6 см этого чуда все испортят?

У меня имеется личный опыт. Когда один Чудак сделал шину PCI, но при этом не выдержал импеданс. Плата была 8 слоев, вот только земли правильно положить под шину он "забыл" и о перекрестных помехах наверное не слышал. А потом, мы год как дурни, отлаживали глюки в через раз работающем устройстве.
В итоге все закончилось новой трассировкой, с правильными землями, зазорами, длинами и резисторами, после чего шина заработала без сбоев. Шина была "обычный" PCI 33МГц с 4-мя устройствами на разьемах.

[VladimirB]

...Простите, что не описал ситуацию относительно соблюдения правил помехоустойчивости.
Я имел в виду минимальные требования к ПП, чтобы та заработала...

Как вам уже не один раз здесь сказали - минимальное требование к ПП - это "Земля" с большой буквы.
А так как у вас её нету, то всё остальная "разводка" не имеет смысла - проще и дешевле навертолётить всё МГТФом на какой-нить монтажке - результат будет аналогичный, т.е. может заработает на 20МГц, а возъёте МГФТ на землю потолще может и на 33МГц заведётся и будет мало глючить.

Про нарушения правил: я из опыта могу сказать, что не видал ещё неработающих плат с хорошей землёй пусть и с кучей нарушений других правил, но видал неработающие платы с плохой землёй.

Недавно тут в соседней теме обсуждалась работающая плата с DDR3 1333МГц, которой вообще ни одно правила разводки DDR3 не соблюдено кроме наличия земли.
P.S. вот тут, начиная с поста #23: http://electronix.ru/forum/index.php?showt...33144&st=15

[Old_horse]

Интересует ситуация относительно обратных сигналов. Это должны быть земляные проводники, проходящие под линиями передачи? А если я все свободное место на заполню "землей", то обеспечит ли это достаточное место для обратных?

Я согласен с ув.EvilWrecker. Прежде чем обсуждать тонкости разводки шины нужно правильно спланировать цепи питания и земли. Это касается не только шины, но проектирования устройств вообще.
Чтобы сделать работоспособную конструкцию нужно для каждого отдельно взятого сигнала обеспечить путь прохождения обратного тока, который в зависимости от расположения ближайших развязывающих емкостей может идти по проводам питания или земли. Вы на одной стороне платы провели прямые сигналы, а другую сторону полностью перекрыли отводами в сторону. Можете все залить земляными полигонами, но в них будут разрывы, и цепь каждого сигнала вместе с его обратным проводом будет петлевой антенной. Все антенны начнут взаимодействовать между собой и с окружающим миром. На этом фоне обсуждать такие мелочи, как согласующие резисторы и величина импеданса каждого отдельно взятого проводника, нет смысла. И не важно шина это или просто несколько соединений точка-точка. Я бы рекомендовал почитать начальный курс черной магии Грэхема, прочищает мозги и хорошо написано. Гораздо больше пользы, чем всякие случайные рекомендации по разводке.

[agregat]

Для питания я оставил место, чтобы развести его хорошей звездой.
Интересует ситуация относительно обратных сигналов. Это должны быть земляные проводники, проходящие под линиями передачи? А если я все свободное место на заполню "землей", то обеспечит ли это достаточное место для обратных?
(со шлейфа идет две линии для "обратных сигналов").

К сожалению, многослойки сейчас обходятся очень дорого, потому я разбил многослойку на несколько... А шлейф - 6 см, с шагом 0.5.

Есть два способа разобраться с двухслойкой.
Первый способ это тупо следовать обычным правилам трассировки. Тогда для обеспечения импеданса 60 ом Вам потребуются трассы шириной 2.2mm, а чтобы обеспечить защиту от перекрестных помех, следуюя правилу 3h, зазор между трассами должен быть 5мм.
Второй способ это пустить каждую трассу с ограждением трассами земли, которые сработают как полигон.
Тогда для достижения импеданса 65 ом Вам потребуются трассы 0.2мм чередующиеся трассами земли 0.25мм с зазором 0.125мм.
И тут Вы решите все вопросы и с импедансом и с crosstalk, не забудьте трассы земли прошить переходными хотя бы на концах.
В этом случае ширина шин будет в 2.5 раза больше, но зато Вы обойдетесь двухслойной платой.
Но зато нижнюю сторону можно использовать по своему усмотрению, для питания, земли или для такой же шины.
Правда выполнена такая двухслойка будет по 5му классу, что в цене даст такой же результат как четырехслойка по 3му классу.

[_Sergey_]

У меня имеется личный опыт. Когда один Чудак сделал шину PCI, но при этом не выдержал импеданс. Плата была 8 слоев, вот только земли правильно положить под шину он "забыл" и о перекрестных помехах наверное не слышал. А потом, мы год как дурни, отлаживали глюки в через раз работающем устройстве.
В итоге все закончилось новой трассировкой, с правильными землями, зазорами, длинами и резисторами, после чего шина заработала без сбоев. Шина была "обычный" PCI 33МГц с 4-мя устройствами на разьемах.

А вы не могли бы поделиться неудачной частью дизайна? В сугубо образовательных целях, так сказать..

[Ant_m]

А вы не могли бы поделиться неудачной частью дизайна? В сугубо образовательных целях, так сказать..

Да нечем делиться, как образец для неподражания не сохранял
Стек был примерно такой, выдранный из какого то кладезя по "хай спид роутингу"
1 top
2 gnd
3 sig
4 sig
5 pwr
6 sig
7 sig
8 bot

В таком стеке предполагается что соседние по высоте слои трассируются ортогонально для уменьшения перекрестных помех. Но вот автор трассировки видимо забыл, о том что стек "как бы" трехмерен, и соседними бывают не только левые/правые дорожки, но и верхние/нижние.
А там была параллельная лапша 40 проводов длиной 30 см, размазанная по слоям и импедансы не соблюдались. Земля была только на выделенном слое (одном!), дополнительной на земли на сигнальных слоях не было. Полигонов питания тоже не было, кроме выделенного.