Электрофизическое проектирование печатных плат. Знакомство с программами моделирования/анализа HyperLynx SI, PI, Thermal Mentor (A Siemens Business) и Cadence Sigrity. А. В. Трундов
надежда, что молодые инженеры, некоторым из которых «повезло» уже в ВУЗах крупных городов начать изучение темы целостности сигналов, не только наверстают упущенное время, но и сформируют новые подходы, которые позволят создавать современные и перспективные радиоэлектронные устройства. И тогда в нашей стране массово появятся достойные специалисты по целостности сигналов и питания (SI, PI инженеры), а также опытные и вдумчивые конструкторы печатных плат (PCB Designer), способные успешно решить любые инженерные задачи и передать опыт следующим поколениям инженеров.
1. Электроника. Краткий курс
Основные понятия
Понимание основных законов физики, которые кратко представлены в этой книге применительно к задаче сохранения целостности электрических сигналов, позволят вам уверенно разрабатывать высокоскоростные электронные устройства, обеспечивающие достоверную передачу информации, отличные характеристики электромагнитной совместимости для сигналов с максимальной частотой спектра в несколько гигагерц. Применив принцип преемственности и аналогий, вы сможете анализировать и разрабатывать и более низкочастотные схемы, в которых могут присутствовать цифровые сигналы с крутыми фронтами, а значит и широким спектром сигналов. В этом разделе предлагаю кратко вспомнить раздел электроники курса физики средней школы [8, 9].
Основным понятием современной радиоэлектроники является электрический заряд. Направленное движение зарядов есть электрический ток. Вокруг неподвижного заряда существует электростатическое поле. Вокруг проводника с неизменным электрическим током формируется постоянное магнитное поле. При изменении тока в проводнике вокруг него создается переменное магнитное поле, которое порождает переменное электрическое поле. Создаваемая электромагнитная волна способна со скоростью, близкой к скорости света, переносить энергию сигнала на расстояние.
Электрический сигнал представляет изменение напряжения или тока, связанное с изменением информации. Существуют различные стандарты сигналов, в которых подробно описано какой из его параметров, когда и в зависимости от чего меняется при изменении передаваемой информации.
В проводнике любой печатной платы происходят одни и те же процессы. Изменяющиеся по закону информации потоки зарядов переносят энергию и форму сигнала, создают поля. Поля могут взаимодействовать между собой и оказывать влияние на другие заряды.
Для перемещения зарядов требуется сила, которую называют «электродвижущей силой» или ЭДС. Выражается эта сила в разности потенциалов между двумя точками, началом и концом пути перемещения заряда. Чем больше заряд, тем выше потенциал. Электрический ток всегда течет в сторону наименьшего потенциала, происходит сток заряда. В современной литературе понятие ЭДС встречается реже. Чаще вы можете увидеть понятие «электрическое