Signalarten

Bei der Erstellung des Schaltplans wird immer mehr zwischen den verschiedenen Arten von Signalen unterschieden.

 

Um sich wiederholende Schaltungsteile oder komplexe Vernetzungen einfach abzubilden werden häufig derartige Signale zu Harnessen bzw. Signalbäumen zusammen gefasst.

Im Gegensatz dazu werden Differenzielle Paare und parallele Busse nicht nur im Schaltplan verwendet, sondern haben auch ganz reale Auswirkungen auf das Leiterplatten Design.


Bus Systeme

Bus Systeme
Bus Systeme

Moderne Elektronik profitiert immer mehr von zunehmenden Datenraten und größeren Informationsmengen welche gespeichert und verarbeitet werden können. Dies wird überwiegend durch immer schnellere RAM bzw. ROM Bausteine ermöglicht.

 

Während früher typischerweise ein serielles EEPROM als Speicher für einen Micro-Controller ausreichte, werden inzwischen vermehrt schnelle parallele Busse zur Anbindung von modernen Hyper- bzw. DDR-RAM Bausteinen verwendet. Busse von 8 bis zu 64 Teilnehmern exklusive der dazugehörigen Clock und Select Signale stellen inzwischen den Alltag dar.

 

Neben der geforderten Parallelität der Signalleitungen wird meist ein durchgehender Masse bzw. Referenzspannungsbezug gefordert. Dies kann am besten durch maßgeschneiderte Polygone erreicht werden.

 

Zudem spielt bei Bus-Systemen die Signallaufzeit eine zentrale Rolle. Angeschlossene Teilnehmer müssen alle Signale möglichst zeitgleich empfangen. Hierzu gibt es exakt einzuhaltende Laufzeittoleranzen welche mittels detaillierten Längenanpassungen

erzielt werden können.

 

Immer schnellere Signale erfordern zudem eine High-Speed Betrachtung und enthalten üblicherweise niederohmige Terminierungswiderstände. So muss die Signallaufzeit nicht innerhalb eines Netzes sondern sogar über Bauteile hinweg eingehalten werden. Sowohl die Platzierung der Terminierung als auch die Ausrichtung muss im Einzelfall genau betrachtet werden.

 

MHD ist vertraut in der Handhabung derartiger Busse und routet Ihre Schaltung gemäß aller Vorgaben um ein optimales Ergebnis zu erreichen.


Differenzielle Paare

Differenzielle Paare
Differenzielle Paare

Signale mit hoher Präzision oder Störsicherheit werden üblicherweise als Differenzielle Paare ausgelegt. Das  Problem ist hier meist externer Störeinstrahlung. Im Falle eines einfachen Signals dessen Pegel durch eine Einstreuung unter die Schaltschwelle der Logik gestört wird, lässt sich die Information nicht mehr eindeutig auswerten.
 
Die Lösung hierfür bieten Differenzielle Paare, wie sie zum Beispiel bei einem CAN Bus verwendet werden. Die Idee dabei ist, die zu übertragende Information mittels zweier zueinander invertierten Netze gleichzeitig zu übertragen. Zum einen gewährleistet dies, dass Störungen in aller Regel beide Pegel gleichmäßig erfassen und parallel verschieben. Zum anderen dient die bekannte Invertierung dazu, selbst bei stärkster Störung zu detektieren,  welcher der Pegel dominiert. Somit kann die binäre Information wieder rekonstruiert werden.
 
In der einfachsten Variante müssen solche Signale nur unter bestimmten geometrischen Vorgaben streng parallel auf der PCB geroutet werden. Oftmals werden inzwischen jedoch deutlich strengere Bedienungen an derartige Signal gestellt.
 
Ob USB 3.0 oder Ethernet, die meisten aktuellen Schnittstellen funktionieren ausschließlich mit Differenziellen Paaren einer bestimmten Impedanz, sodass sowohl die Einzelsignal-Impedanz, als auch die gekoppelte Impedanz vorgegeben ist. Wie im Bereich Routing Techniken beschrieben, werden hierfür auf die jeweiligen Eigenschaften der einzelnen PCB-Lagen abgestimmt, die Leiterbahnbreiten und Abstände für die Impedanzkontrolle individuell berechnet.
Weiterhin ist meist über alle beteiligten Bauteile hinweg, eine maximale Signallänge definiert. Und obwohl die parallele Leitungsführung zu annähernd gleich langen Signalen führt, müssen die Netzwerklängen gelegentlich bis in den Bereich von +- 0,1 mm angepasst werden. MHD erfüllt bei Bedarf all diese Vorgaben und berät Sie sowohl vor als auch während eines laufenden Projekts hinsichtlich entsprechender Vorgaben. Unser Ziel: Das Gelingen Ihres Projekts!