Leiterplattentechnisch - Studieren Sie High-Speed PCB Design, Signalintegrität Probleme

Da die Ausgangsschaltgeschwindigkeit von integrierten Schaltungen zunimmt und die Dichte von Leiterplatten zunimmt, ist die Signalintegrität (Deutsch: Signalintegrität, SI) zu einem der Probleme geworden, die beim Hochgeschwindigkeits-Design digitaler Leiterplatten betroffen sein müssen. Faktoren wie die Parameter der Komponenten und der Leiterplatte, das Layout der Komponenten auf der Leiterplatte und die Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitssignalen verursachen Signalintegritätsprobleme, was zu einem instabilen Systembetrieb oder gar keinem Betrieb führt.

Probleme mit der PCB-Signalintegrität

Gute Signalintegrität bedeutet, dass das Signal bei Bedarf mit korrekten Timing- und Spannungspegelwerten reagieren kann. Umgekehrt tritt ein Problem mit der Signalintegrität auf, wenn das Signal nicht normal reagieren kann.

Signalintegritätsprobleme können Signalverzerrungen, Zeitfehler, falsche Daten, Adress- und Steuerleitungen sowie Systemstörungen oder sogar Systemabstürze verursachen oder direkt verursachen.

PCB-Signalintegritätsprobleme umfassen hauptsächlich Signalreflexion, Übersprechen, Signalverzögerung und Timing-Fehler.

1. Reflexion

Wenn das Signal auf der Übertragungsleitung übertragen wird, wenn die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung auf der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte nicht mit der Quellimpedanz oder der Lastimpedanz des Signals übereinstimmt, wird das Signal reflektiert, wodurch die Signalwellenform überschreitet, unterschreitet und das resultierende Klingelphänom verursacht wird.

Overshoot (Overs Hoot) bezieht sich auf den ersten Peak (oder Tal) eines Signalübergangs, der der Effekt einer zusätzlichen Spannung über dem Leistungspegel oder unter dem Referenzbodenniveau ist;

Undershoot (Undershoot) bezieht sich auf das nächste Tal (oder Gipfel) des Signalübergangs. Übermäßige Überschwingspannung wirkt sich oft für eine lange Zeit aus, um Schäden am Gerät zu verursachen, Unterschwingen reduziert die Rauschmarge, und Klingeln erhöht die Zeit, die für die Signalstabilisierung erforderlich ist, und beeinträchtigt dadurch das Systemzeitverhalten.

2. Übersprechen

In PCB bezieht sich Übersprechen auf die unerwünschten Störgeräusche, die durch elektromagnetische Energie zu benachbarten Übertragungsleitungen durch gegenseitige Kapazität und gegenseitige Induktivitätskopplung verursacht werden, wenn sich das Signal auf der Übertragungsleitung ausbreitet. Es wird durch elektromagnetische Felder verursacht, die durch verschiedene Strukturen im gleichen Bereich verursacht werden. Produziert durch Interaktion. Gegenseitige Kapazität induziert Kopplungsstrom, der kapazitives Übersprechen genannt wird; und gegenseitige Induktivität induziert Kupplungsspannung, die induktives Übersprechen genannt wird. Auf der Leiterplatte bezieht sich Übersprechen auf Leiterbahnlänge, Signallinienabstand und den Zustand der Referenzerdungsebene.

3. Signalverzögerung und Zeitfehler

Das Signal wird auf den Drähten der Leiterplatte mit einer begrenzten Geschwindigkeit übertragen, und das Signal wird vom Antriebsende zum Empfangsende gesendet, während dessen es eine Übertragungsverzögerung gibt. Eine übermäßige Signalverzögerung oder Signalverzögerung kann Zeitfehler und Verwirrung der Funktionen der Logikgeräte verursachen.

PCB-Designmethode zur Gewährleistung der Signalintegrität

Wenn Sie im PCB-Designprozess die Signalintegrität besser sicherstellen möchten, können Sie die folgenden Aspekte berücksichtigen.

(1) Überlegungen zum Schaltungsdesign. Einschließlich Steuerung der Anzahl der synchronen Schaltausgänge, Steuerung der maximalen Kantenrate (dI/dt und dV/dt) jeder Einheit, um die niedrigste und akzeptable Kantenrate zu erhalten; Auswahl von Differenzsignalen für Funktionsblöcke mit hoher Leistung (z. B. Takttreiber); In der Übertragungsleitung Passive Komponenten (wie Widerstände, Kondensatoren usw.) werden mit dem oberen Ende verbunden, um eine Impedanzanpassung zwischen der Übertragungsleitung und der Last zu erreichen.

(2) Minimieren Sie die Leiterbahnlänge der parallelen Verdrahtung.

(3) Die Komponenten sollten weit weg von der I/O-Verbindungsschnittstelle und anderen Bereichen platziert werden, die für Interferenzen und Kopplungen anfällig sind, und der Abstand zwischen den Komponenten sollte minimiert werden.

(4) Verkürzen Sie den Abstand zwischen der Signalspur und der Referenzebene.

(5) Reduzieren Sie Spurenompedanz und Signalantriebsniveau.

(6) Terminalabgleich. Anschlussschaltung oder passende Komponenten können hinzugefügt werden.

(7) Vermeiden Sie parallele Verdrahtung, sorgen Sie für ausreichenden Verdrahtungsabstand zwischen den Verdrahtungen und reduzieren Sie induktive Kopplung.

Signalintegrität ist ein wichtiges Konzept, das beim PCB-Design nicht ignoriert werden kann. Um sicherzustellen, dass die Leiterplatte eine gute Signalintegrität aufweist, müssen Ingenieure eine Vielzahl von Einflussfaktoren synthetisieren, rational Layout und Route erstellen und die Produktleistung verbessern.