Elektronisches Design - Detail PCB Rückstrompfad der Hochgeschwindigkeitsschaltung

1. Grundbegriffe des Reflux

Das Prinzip des digitalen Leiterplattendiagramms, die Übertragung digitaler Signale von einem Logikgitter zu einem anderen Logikgitter, das Signal durch einen Draht von der Ausgangsklemme zum Empfänger, scheint ein Einbahnstrom zu sein, viele Digitalingenieure glauben daher, dass Schleifenschaltungen nicht zusammenhängen, schließlich werden Gerätetreiber und Empfänger als Spannungsmodus angegeben, warum auch Strom betrachten! Tatsächlich sagt uns die grundlegende Schaltungstheorie, dass das Signal durch elektrischen Strom übertragen wird, insbesondere ist die Bewegung der Elektronik, Elektronenfluss ist eines der Merkmale der Elektronik nie bleiben irgendwo, wo der Stromfluss gebunden ist, zurückzukommen, so dass Strom immer in der Schleife fließt, Schaltungen beliebiger Signale in Form einer geschlossenen Schleife. Für die Hochfrequenz-Signalübertragung ist es tatsächlich der Prozess, den dielektrischen Kondensator zwischen der Übertragungsleitung und der DC-Schicht zu laden.

2. Auswirkungen des Rückstroms

Der Rückstrom wird normalerweise in digitalen Schaltungen mittels Erdungs- und Leistungsebene erreicht. Der Rücklaufweg des Hochfrequenzsignals und des Niederfrequenzsignals ist unterschiedlich. Der Niederfrequenzsignal-Rückstrom wählt den Impedanzpfad und der Hochfrequenzsignal-Rückstrom den induktiven Reaktanzpfad aus.

Wenn der Strom vom Treiber des Signals durch die Signalleitung und in das Empfangsende des Signals fließt, gibt es immer einen Rückstrom in die entgegengesetzte Richtung: vom Massepunkt der Last, durch die kupferbeschichtete Ebene, zur Quelle des Signals, und der Strom, der durch die Signalleitung fließt, um eine geschlossene Schleife zu bilden. Die Rauschfrequenz, die durch den Strom verursacht wird, der durch die kupferbeschichtete Ebene fließt, entspricht der Signalfrequenz, und je höher die Signalfrequenz, desto höher die Rauschfrequenz. Das Logic Gate reagiert nicht auf das Eingangssignal, sondern auf die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzpin. Eine mit einem Punkt beendete Schaltung reagiert auf die Differenz zwischen dem eingehenden Signal und seiner logischen Bezugsebene, so dass Störungen in der Massebeziehungsebene ebenso wichtig sind wie Störungen im Signalweg. Logikgatter und bezeichneter Referenzeingangsspin, um zu reagieren, wir wissen nicht, welcher durch den Referenzstift spezifiziert wird (für TTL ist normalerweise eine negative Leistung, denn ECL ist normalerweise positiv, aber nicht alle), in Bezug auf die Natur, die Anti-Interferenz-Fähigkeit des Differenzsignals von zufälligem Rauschen und Leistungsgleitebene hat einen guten Effekt.

Wenn die Leiterplatte vieler digitaler Signal-Synchronschalter (wie CPU-Datenbus, Adressbus, etc.), die anhebt

Der transiente Laststrom fließt aus dem Stromkreis oder durch den Stromkreis in die Erde, da das Netzkabel und auf der Erdungsimpedanz das simultane Schaltrauschen (SSN) erzeugt, auf dem Boden gibt es Ground Plane Bounce Noise (zu spielen). Und wenn die Stromleitung und Erdungsleitung auf dem Leiterplattenrandbereich größer sind, ist ihre Strahlungsenergie auch größer, daher analysieren wir den Schaltzustand des digitalen Chips, ergreifen Maßnahmen, um den Rückstrommodus zu steuern, um den Umgebungsbereich, den Zweck der Strahlung zu reduzieren.

Beispielerklärung:

IC1 ist das Signalausgangsende, IC2 ist das Signaleingangsende (für das vereinfachte PCB-Modell wird angenommen, dass das Empfangsende einen zugrunde liegenden Widerstand enthält), und die dritte Schicht ist die Schicht. Das Land von IC1 und IC2 wird vom dritten Horizont abgeleitet. Die obere rechte Ecke der TOP-Schicht ist eine Leistungsebene, die mit dem Pluspol der Stromversorgung verbunden ist. C1 und C2 sind die Entkopplungskondensatoren von IC1 bzw. IC2. Die Stromversorgung und Erdung des Chips in der Abbildung sind sowohl Stromversorgung als auch Masse der Sende- und Empfangssignale.

Bei niedriger Frequenz, wenn S1-Klemmenausgabe hohen Pegel, ist die gesamte Stromschleife die Stromversorgung durch den Draht zur VCC-Leistungsebene und dann durch den orangenen Pfad in IC1 und dann aus S1-Klemme, durch die zweite Drahtschicht durch R1-Klemme in IC2 und dann in die GND-Schicht, durch den roten Weg zurück zum Leistungsnegativen Anschluss.

Bei hohen Frequenzen können die Verteilungseigenschaften der Leiterplatte das Signal stark beeinflussen. Was oft als Rücklauf bezeichnet wird, ist ein häufig auftretendes Problem bei Hochfrequenzsignalen. Wenn S1 bis R1 mit zunehmendem elektrischen Stromsignal ändert sich das externe Magnetfeld sehr schnell, kann der Leiter in der Nähe der Induktion eines Gegenstroms machen, wenn die dritte Schicht der Erdungsebene vollständige Ebene ist, dann kann er eine blau gestrichelte Linie auf der Erdungsebene erzeugen, die den Strom beschriftet, wenn die Leistung der TOP-Schicht eine vollständige Ebene hat, Es wird auch einen Rückstrom entlang der blau gepunkteten Linie an der TOP-Schicht geben. Jetzt hat die Signalschleife die Stromschleife, die abgestrahlte Energie, die Fähigkeit, das externe Signal zu koppeln. (Der Hauteffekt bei hohen Frequenzen strahlt Energie auch nach außen aus, und das Prinzip ist das gleiche.)

Da sich der Hochfrequenzsignalpegel und der Strom schnell ändern, aber die Änderungszeit kurz ist, ist die benötigte Energie nicht sehr groß, so dass der Chip von dem Entkopplungskondensator in der Nähe des Chips angetrieben wird. Wenn C1 groß genug ist und die Reaktion schnell genug ist (mit einem sehr niedrigen ESR-Wert werden normalerweise Keramikkondensatoren verwendet. Der ESR von Chip-Kondensatoren ist viel niedriger als Tantal-Kondensatoren., der orange Pfad auf der obersten Schicht und der rote Pfad auf der GND-Schicht können als nicht vorhanden angesehen werden (es gibt einen Strom, der der Stromversorgung der gesamten Platine entspricht, aber nicht der Strom, der dem angezeigten Signal entspricht).

Entsprechend der Umgebung, die in der Abbildung konstruiert ist, ist der gesamte Strompfad wie folgt: positiver Anschluss von C1-VCC der IC1 -S1-L2 Signalleitung -R1- GND von IC2 Pfosten durch Loch-Sperre gelber Pfad der GND-Schicht durch Loch-Kondensator negative Klemme. Wie Sie sehen können, gibt es einen braunen Äquivalentstrom in vertikaler Richtung des Stroms, der ein Magnetfeld in der Mitte induziert, und dieser Torus ist auch leicht an externe Interferenzen gekoppelt. Wenn das Signal, wie in der Abbildung gezeigt, ein Taktsignal ist, gibt es eine Gruppe von 8-Bit-Datenleitungen parallel, die von der gleichen Stromversorgung des gleichen Chips betrieben werden, ist der Stromrückflusspfad derselbe. Wenn die Datenleitungen zur gleichen Zeit in die gleiche Richtung gedreht werden, kann ein großer Rückwärtsstrom auf der Uhr induziert werden, und dieses Übersprechen kann fatal für das Taktsignal sein, wenn die Taktleitungen nicht gut aufeinander abgestimmt sind. Die Intensität des Übersprechens ist nicht proportional zum hohen oder niedrigen Niveau der Störquelle, sondern proportional zur aktuellen Änderungsrate der Störquelle. Bei einer rein resistiven Last ist der Übersprechenstrom proportional zu dI/dt=dV /(T? 10�90% * R). In der Formel beziehen sich dI/dt (Stromwechselrate), dV (Amplitude der Störquelle) und R (Last der Störquelle) auf die Parameter der Störquelle (bei kapazitiver Last ist dI/dt dasselbe wie T? 10% bis 90% des Quadrats ist umgekehrt proportional). Aus der Formel geht hervor, dass das Übersprechen niederfrequenter Signale nicht notwendigerweise kleiner ist als das von Hochgeschwindigkeitssignalen. Das heißt, wir sagten: 1KHz Signal ist nicht unbedingt ein Low Speed Signal, um die Situation der Kante zu berücksichtigen. Für ein Signal mit einer sehr steilen Kante enthält es viele Obertöne und hat eine große Amplitude bei allen Oktaven. Daher sollten wir bei der Auswahl von Geräten auch darauf achten, Chips mit hoher Schaltgeschwindigkeit nicht blind zu wählen, die nicht nur hohe Kosten verursachen, sondern auch Übersprechen und EMV-Probleme erhöhen.

Jede benachbarte Stromversorgungsschicht oder andere Oberfläche, die geeignete Kondensatoren an beiden Enden des Signals hat, um einen niedrigen Reaktanzpfad zu GND bereitzustellen, kann als Rücklauffläche des Signals verwendet werden. In allgemeinen Anwendungen ist die IO-Stromversorgung des Chips, der dem Transceiver entspricht, oft gleich, und es gibt im Allgemeinen 0.01-0.1uF-Entkopplungskondensatoren zwischen der Stromversorgung und der Masse, und diese Kondensatoren sind gerade an beiden Enden des Signals, so dass der Rückstromeffekt der Leistungsebene nur an zweiter Stelle zur Erdungsebene ist. Bei der Verwendung anderer Leistungsebenen für den Rückfluss gibt es oft keinen niedrigen Reaktanzweg zur Masse an beiden Enden des Signals. Auf diese Weise findet der in der benachbarten Ebene induzierte Strom den nächsten Kondensator und kehrt zur Erde zurück. Wenn die "Nahkapazität" weit vom Anfang oder Ende entfernt ist, wird der Rückstrom auch eine "große Strecke" durchlaufen, um einen vollständigen Rückstrompfad zu bilden, und dieser Pfad ist auch der Rückstrompfad benachbarter Signale. Der gleiche Rücklaufweg hat den gleichen Effekt wie Common Ground Interference, was dem Übersprechen zwischen Signalen entspricht.

Für einige unvermeidbare Querleistungssplitter können Hochpassfilter aus Kondensatoren oder RC-Serien über die Splits angeschlossen werden (z.B. 10-Ohm-Widerstands-Serie 680p-Kondensatoren, der spezifische Wert hängt von ihrem eigenen Signaltyp ab, d.h. um einen hochfrequenten Rückstrompfad bereitzustellen, aber auch niederfrequentes Übersprechen zwischen gegenseitigen Ebenen zu isolieren). Dies kann bedeuten, Kondensatoren zwischen den Leistungsebenen hinzuzufügen, was komisch erscheinen mag, aber es funktioniert sicherlich. Wenn einige Spezifikationen dies nicht zulassen, kann die Kapazität getrennt von den beiden Ebenen am Spaltpunkt auf Masse gezogen werden.

Im Falle der Verwendung anderer Ebenen zum Reflux können mehrere kleine Kondensatoren an beiden Enden des Signals entsprechend zur Masse hinzugefügt werden, um einen Reflux-Pfad bereitzustellen. Aber das ist oft schwer zu erreichen. Der größte Teil des Oberflächenraums in der Nähe des Anschlusses wird durch den passenden Widerstand und den Entkopplungskondensator des Chips belegt.

Rückflussgeräusche sind eines der Hauptgeräusche in der Bezugsebene. Daher ist es notwendig, den Weg und den Strömungsbereich des Rückstroms zu untersuchen.