Leiterplattentechnisch - Hochgeschwindigkeits-PCB-Design-Übertragungsleitungsproblem vier Punkte zu behandeln

Im Prozess des Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs führt der Übertragungsleitungseffekt zu einigen Signalintegritätsproblemen, wie damit umzugehen? Hier sind vier Dinge, die wir mit Ihnen teilen können:

1. Steuern Sie streng die Kabellängen der wichtigsten Netzwerkkabel

Wenn das Design eine Hochgeschwindigkeits-Sprungkante hat, der Übertragungsleitungseffekt auf die Leiterplatte muss berücksichtigt werden. Noch problematischer sind die heute üblicherweise verwendeten schnellen integrierten Schaltungschips mit hoher Taktrate..

Es gibt einige Grundprinzipien, um dieses Problem zu lösen: Wenn CMOS- oder TTL-Schaltungen für den Entwurf verwendet werden, ist die Betriebsfrequenz kleiner als 10MHz, und die Verdrahtungslänge sollte nicht größer als 7 Zoll sein. Wenn die Betriebsfrequenz 50MHz ist, sollte die Kabellänge nicht größer als 1,5 Zoll sein. Verdrahtungslänge sollte 1 Zoll sein, wenn Betriebsfrequenz 75MHz erreicht oder überschreitet. Die Verdrahtungslänge für GaAs-Chips beträgt 0.3 Zoll. Wird diese überschritten, liegt ein Übertragungsleitungsproblem vor.

2. Planung der Verkabelungstopologie

Eine weitere Möglichkeit, den Übertragungsleitungseffekt zu lösen, besteht darin, den richtigen Routingpfad und die richtige Terminaltopologie auszuwählen. Die Verkabelungstopologie bezieht sich auf die Verkabelungsfolge und den Aufbau eines Netzwerkkabels. Wenn Hochgeschwindigkeits-Logikgeräte verwendet werden, wird das Signal mit schnell wechselnden Kanten durch die Zweige des Signalstammes verzerrt, es sei denn, die Verzweigungslänge wird sehr kurz gehalten.

Im Allgemeinen verwendet PCB-Routing zwei grundlegende Topologien, nämlich Daisy Chain Routing und Star Verteilung.

Bei der Daisy-Chain-Verkabelung beginnt die Verkabelung am Fahrerende und erreicht nacheinander jedes Empfangsende. Wenn ein Reihenwiderstand verwendet wird, um die Signaleigenschaften zu ändern, sollte die Position des Reihenwiderstands nahe am Antriebsende sein. Bei der Steuerung der hohen harmonischen Störung der Verdrahtung, Daisy-Kettenverdrahtungseffekt. Jedoch ist diese Art der Verkabelung nicht einfach, 100%. Im eigentlichen Design möchten wir die Verzweigungslänge in Daisy-Kettenverdrahtung so kurz wie möglich machen, und der sichere Längenwert sollte lauten: Stub Delay < = Trt bis 0.1

Hinweis: Trt ist Reaktionszeit

Zum Beispiel sollten Zweigenden in Hochgeschwindigkeits-TTL-Schaltungen weniger als 1,5 Zoll lang sein. Diese Topologie nimmt weniger Verdrahtungsraum ein und kann durch einen einzigen Widerstand beendet werden. Durch diese Verdrahtungsstruktur ist der Signalempfang an verschiedenen Signalempfängern jedoch nicht synchron.

Die Sterntopologie kann das Problem der Taktsignalsynchronisation effektiv vermeiden, aber es ist sehr schwierig, die Verkabelung manuell auf der Leiterplatte mit hoher Dichte zu beenden. Die Verwendung von automatischen Kabeln ist der Weg zur vollständigen Sternverkabelung. An jedem Zweig wird ein Klemmwiderstand benötigt. Der Wert des Klemmenwiderstands sollte mit der charakteristischen Impedanz des Drahtes übereinstimmen. Dies kann manuell oder über CAD-Werkzeuge erfolgen, um die charakteristischen Impedanzwerte und Klemmenabgleich-Widerstandswerte zu berechnen.

Während in den beiden obigen Beispielen einfache Klemmwiderstände verwendet werden, ist in der Praxis eine komplexere Matching-Klemme optional. Die Option ist RC Match Terminal. RC-Matching-Klemmen können den Stromverbrauch reduzieren, können aber nur verwendet werden, wenn der Signalbetrieb relativ stabil ist. Diese Methode eignet sich für die Verarbeitung des Taktliniensignals. Der Nachteil ist, dass die Kapazität in der RC-Matching-Klemme die Form und Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals beeinflussen kann.

Die Reihenwiderstände-Matching-Klemme verursacht keinen zusätzlichen Stromverbrauch, verlangsamt aber die Signalübertragung. Dies ist ein

Der Ansatz wird in busgetriebenen Schaltkreisen eingesetzt, in denen Zeitverzögerungen nicht signifikant sind. Die Reihenwiderstandsanpassung hat auch den Vorteil, die Anzahl der auf der Platine verwendeten Geräte und die Dichte der Verbindungen zu reduzieren.

Eine Möglichkeit besteht darin, das passende Terminal zu trennen, in dem das passende Element nahe dem Empfangsende platziert werden muss. Sein Vorteil ist, dass es das Signal nicht herunterzieht und sehr gut sein kann, um Rauschen zu vermeiden. Typischerweise verwendet für TTL-Eingangssignale (ACT, HCT, FAST).

Darüber hinaus sind der Gehäusetyp und der Installationstyp des Klemmenabpassers zu berücksichtigen. Normalerweise haben SMD-Oberflächenmontagewiderstände eine niedrigere Induktivität als Durchgangslochkomponenten, so dass SMD-Gehäusekomponenten werden. Es gibt auch zwei Installationsmodi für gewöhnliche gerade Stecker Widerstände: vertikal und horizontal.

Im vertikalen Montagemodus hat der Widerstand einen kurzen Montagestift, der den thermischen Widerstand zwischen dem Widerstand und der Leiterplatte verringert und die Widerstandswärme leichter in die Luft abgegeben wird. Aber eine längere vertikale Installation erhöht die Induktivität des Widerstands. Die horizontale Installation hat eine geringere Induktivität aufgrund der geringeren Installation. Aber der überhitzte Widerstand wird driften, im schlimmen Fall wird Widerstand geöffnet, was zu einem Ausfall der Leiterplattenverbindung führt, der zu einem potenziellen Fehlerfaktor wird.

3. Methoden zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen

Eine gute Lösung für das Problem der Signalintegrität verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Leiterplatte. Eines der wichtigsten ist, sicherzustellen, dass die Leiterplatte eine gute Erdung hat. Eine Signalschicht mit einer Masseschicht ist eine sehr effektive Methode für komplexe Auslegung. Darüber hinaus ist die äußere Signaldichte der Leiterplatte auch eine gute Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung zu reduzieren, die durch die Verwendung der "Oberflächenschicht"-Technologie "Aufbau" PCB-Design erreicht werden kann. Die Oberflächenschicht wird durch Hinzufügen einer Kombination aus dünnen Isolationsschichten und Mikroporen erreicht, die verwendet werden, um diese Schichten auf einer allgemeinen Prozess-Leiterplatte zu durchdringen. Der Widerstand und die Kapazität können unter der Oberfläche begraben werden, und die lineare Dichte pro Flächeneinheit wird fast verdoppelt, wodurch das Volumen der Leiterplatte reduziert wird. Die Reduzierung des Leiterplattenbereichs hat einen enormen Einfluss auf die Topologie des Routings, was bedeutet, dass die Stromschleife reduziert wird, die Länge der Verzweigung reduziert wird und die elektromagnetische Strahlung ungefähr proportional zur Fläche der Stromschleife ist; Gleichzeitig bedeuten die kleinen Größenmerkmale, dass Stiftpakete mit hoher Dichte verwendet werden können, was wiederum die Länge des Drahtes reduziert, wodurch die Stromschleife reduziert und die EMC-Eigenschaften verbessert werden.

4. Andere anwendbare Technologien

Um transiente Spannungsüberschreitungen an der IC-Stromversorgung zu reduzieren, sollte dem IC-Chip ein Entkopplungskondensator hinzugefügt werden. Dies beseitigt effektiv die Auswirkungen von Graten auf die Stromversorgung und reduziert die Strahlung aus der Stromschleife auf der Leiterplatte.

Die Wirkung von Glättgraten, wenn Entkopplungskondensatoren direkt an den Versorgungsteil einer integrierten Schaltung und nicht an die Versorgungsschicht angeschlossen werden. Aus diesem Grund haben einige Geräte Entkopplungskondensatoren in ihren Steckdosen, während andere den Abstand zwischen dem Entkopplungskondensator und dem Gerät benötigen, um klein genug zu sein. Alle Geräte mit hoher Geschwindigkeit und hohem Stromverbrauch sollten so weit wie möglich zusammengebaut werden, um vorübergehende Überschreitungen der Versorgungsspannung zu reduzieren. Ohne Stromschicht bilden lange Stromleitungen eine Schleife zwischen Signal und Schleife, die als Strahlungsquelle und induktiver Schaltkreis dient.

Die Verkabelung, die eine Schleife bildet, die nicht durch dasselbe Netzwerkkabel oder eine andere Verkabelung verläuft, wird Open Loop genannt. Wenn die Schleife durch dasselbe Netzwerkkabel verläuft, bilden andere Routen eine geschlossene Schleife. In beiden Fällen kann der Antenneneffekt (Linienantenne und Ringantenne) auftreten. Die Antenne erzeugt EMI-Strahlung von außen und ist auch selbst ein empfindlicher Schaltkreis. Der geschlossene Kreislauf ist ein Problem, das berücksichtigt werden muss, da die Strahlung, die er erzeugt, ungefähr proportional zur Fläche des geschlossenen Kreislaufs ist.