Leiterplattentechnisch - Rückweg der Hochgeschwindigkeitsschaltung PCB

Im schematischen Diagramm der PCB-Digitalschaltung erfolgt die Ausbreitung digitaler Signale von einem Logikgitter zum anderen. Das Signal wird über einen Draht vom Ausgangsende zum Empfangsende gesendet. Es scheint in eine Richtung zu fließen. Viele Digitalingenieure denken, dass der Schaltungspfad irrelevant ist. Schließlich sind Treiber und Empfänger als Spannungs-Mode-Geräte bezeichnet, also warum sich die Mühe machen, Strom zu berücksichtigen.

Tatsächlich sagt uns die grundlegende Schaltungstheorie, dass das Signal durch elektrischen Strom verbreitet wird. Insbesondere ist es die Bewegung von Elektronen. Eine der Eigenschaften des Elektronenflusses ist, dass Elektronen nirgendwo bleiben. Egal wohin der Strom fließt, sie müssen zurückkommen. Daher fließt Strom immer in der Schleife, und jedes Signal in der Schaltung existiert in Form einer geschlossenen Schleife. Für die Hochfrequenz-Signalübertragung ist es tatsächlich ein Prozess des Ladens des dielektrischen Kondensators zwischen der Übertragungsleitung und der DC-Schicht.

Der Einfluss von PCB Reflow

Digitale Schaltungen verlassen sich normalerweise auf Erdungs- und Leistungsebenen, um den Reflow zu vervollständigen. Die Rücklaufwege von Hochfrequenzsignalen und Niederfrequenzsignalen sind unterschiedlich. Wählen Sie für niederfrequente Signalrückgabe den Pfad mit der niedrigsten Impedanz und für Hochfrequenzsignal den Pfad mit der niedrigsten Induktivität aus.

Wenn der Strom vom Signaltreiber beginnt, durch die Signalleitung fließt und in das Signalempfangsende eingespritzt wird, gibt es immer einen Rückstrom in die entgegengesetzte Richtung: ausgehend vom Massepunkt der Last, durch die Kupferebene hindurch, zur Signalquelle fließt und durch den Strom auf der Signalleitung fließt, bildet eine geschlossene Schleife. Die Rauschfrequenz, die durch den Strom verursacht wird, der durch die kupferplattierte Ebene fließt, entspricht der Signalfrequenz. Je höher die Signalfrequenz, desto höher die Rauschfrequenz. Das Logic Gate reagiert nicht auf das absolute Eingangssignal, sondern auf die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzpin. Die Ein-Punkt-Abschlussschaltung reagiert auf die Differenz zwischen dem eingehenden Signal und seiner logischen Massebeziehungsebene, so dass die Störung auf der Massebeziehungsebene und die Störung auf dem Signalweg gleichermaßen wichtig sind.

Hochgeschwindigkeits-PCB

Das Logikgitter reagiert auf den Eingangspin und den bezeichneten Referenzpin, und wir wissen nicht, welcher der bezeichnete Referenzpin ist (für TTL ist es normalerweise eine negative Stromversorgung, für ECL ist es normalerweise eine positive Stromversorgung, aber nicht alle von ihnen). In Bezug auf diese Eigenschaft kann die Interferenzfähigkeit des Differenzsignals einen guten Effekt auf Ground Bounce Rauschen und Leistungsebene Gleiten haben.

Wenn viele digitale Signale auf der Leiterplatte synchron geschaltet werden (wie CPU-Datenbus, Adressbus usw.), verursacht dies, dass transiente Lastströme von der Stromversorgung in die Schaltung oder von der Schaltung zum Massedraht fließen, aufgrund der Existenz des Stromdrahts und des Massedrahts Impedanz synchrones Schaltrauschen (SSN) erzeugt, und Erdungsebene Bounce Rauschen (bezeichnet als Ground Bounce) wird auch auf der Erdungsleitung erscheinen. Und wenn die Umgebung der Stromleitung und Erdungsleitung auf der Leiterplatte größer ist, ist ihre Strahlungsenergie auch größer. Daher analysieren wir den Schaltzustand des digitalen Chips und ergreifen Maßnahmen, um den Rücklaufmodus zu steuern, um die Umgebung zu reduzieren. Fläche, der Zweck der geringsten Strahlung.

IC1 ist die Signalausgangsklemme, IC2 ist die Signaleingangsklemme (um das PCB-Modell zu vereinfachen, wird angenommen, dass die Empfangsklemme einen nachgeschalteten Widerstand enthält), und die dritte Schicht ist die Masseschicht. Die Böden von IC1 und IC2 sind beide von der dritten Bodenebene. 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 der Massepfen des Chips, die in der Abbildung gezeigt werden, sind die Stromversorgung und die Masse der Signal sendenden und empfangenden Enden.

Bei niedrigen Frequenzen, wenn die S1-Klemme einen hohen Pegel ausgibt, besteht die gesamte Stromschleife darin, dass die Stromversorgung mit der VCC-Leistungsebene durch einen Draht verbunden ist und dann IC1 durch den orangenen Pfad betritt, dann aus der S1-Klemme herauskommt und IC2 durch die zweite Schicht des Drahtes durch die R1-Klemme eintritt. Geben Sie dann die GND-Schicht ein und kehren Sie über den roten Pfad zum Minuspol des Netzteils zurück.

Bei hohen Frequenzen haben die Verteilungseigenschaften der Leiterplatte einen großen Einfluss auf das Leiterplattensignal. Der Erdrücklauf, von dem wir oft sprechen, ist ein Problem, das häufig bei Hochfrequenzsignalen auftritt. Wenn es einen erhöhten Strom in der Signalleitung von S1 bis R1 gibt, ändert sich das externe Magnetfeld schnell, was einen umgekehrten Strom in den nahe gelegenen Leitern induziert. Wenn die Grundebene der dritten Ebene eine vollständige Grundebene ist, wird ein Strom erzeugt, der durch die blau gestrichelte Linie angezeigt wird. Wenn die TOP-Ebene eine vollständige Leistungsebene hat,gibt es auch einen Rückfluss entlang der blau gestrichelten Linie auf der TOP-Ebene. Zu diesem Zeitpunkt hat die Signalschleife die kleinste Stromschleife, die nach außen ausgestrahlte Energie ist die kleinste, und die Fähigkeit, externe Signale zu koppeln, ist auch die kleinste. (Der Hauteffekt bei hoher Frequenz ist auch die kleinste äußere Strahlungsenergie, das Prinzip ist das gleiche)

Da sich der Hochfrequenz-Signalpegel und der Strom der Leiterplatte schnell ändern, aber die Änderungszeit kurz ist, ist die benötigte Energie nicht sehr groß, so dass der Chip von dem Entkopplungskondensator angetrieben wird, der dem Chip am nächsten ist. Wenn C1 groß genug ist und das Ansprechen schnell genug ist (es hat einen sehr niedrigen ESR-Wert, werden normalerweise Keramikkondensatoren verwendet. Der ESR von Keramikkondensatoren ist viel niedriger als der von Tantalkondensatoren), kann der orange Pfad auf der obersten Schicht und der rote Pfad auf der GND-Schicht als nicht existent angesehen werden.

Daher ist in der konstruierten Umgebung der gesamte Pfad des Leiterplattenstroms: vom positiven Pol von C1, der VCC von IC1, die Signalleitung von S1 und L2.R1, die GND von IC2, die gelbe Bahn der GND-Schicht, die Durchgangselektrode des Kondensators. Es ist zu sehen, dass es einen braunen Äquivalentstrom in vertikaler Richtung des Leiterplattenstroms gibt und ein Magnetfeld in der Mitte induziert wird. Gleichzeitig kann dieser Torus leicht an externe Störungen gekoppelt werden. Wenn das Signal ein Taktsignal wie in der Abbildung ist, gibt es eine Reihe von 8Bit-Datenleitungen parallel, die von der gleichen Stromversorgung der gleichen Leiterplatte angetrieben werden, und der aktuelle Rückweg ist derselbe.

Wenn der Datenleitungspegel zur gleichen Zeit in die gleiche Richtung kippt, wird ein großer Rückwärtsstrom auf der Uhr induziert. Wenn die Taktleitung nicht gut aufeinander abgestimmt ist, reicht dieses Übersprechen aus, um fatale Auswirkungen auf das Taktsignal zu haben. Die Intensität dieser Art von Übersprechen ist nicht proportional zum Absolutwert der hohen und niedrigen Pegel der Störquelle, sondern proportional zur aktuellen Änderungsrate der Störquelle.