Leiterplattentechnisch - Signalreflow und Quersegmentierung in Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten

Was ist der Signalreflow und die Quersegmentierung in Hochgeschwindigkeits-PCB?

IC1 ist die Signalausgangsklemme, IC2 ist die Signaleingangklemme (um das PCB-Modell w ww.pcblx.com zu vereinfachen, vorausgesetzt, dass die Empfangsklemme einen unten angeschlossenen Widerstand enthält) ist die dritte Schicht die Masseschicht. Die Böden von IC1 und IC2 sind beide von der dritten Bodenebene. Die obere rechte Ecke der oberen 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 den Draht verbunden ist und dann IC1 durch den orangenen Pfad betritt und dann aus dem S1-Anschluss herauskommt und IC2 durch die R1-Klemme entlang der zweiten Drahtschicht eintritt. Geben Sie dann die GND-Schicht ein und kehren Sie über den roten Pfad zum Minuspol des Netzteils zurück.

Aber bei hohen Frequenzen, die Verteilungsmerkmale der Leiterplatte wird einen großen Einfluss auf das Signal haben. Die Bodenrückführung, von der wir oft sprechen, ist ein Problem, das häufig in Hochfrequenzsignalen auftritt. Bei erhöhtem Strom in der Signalleitung von S1 bis R1, das äußere Magnetfeld ändert sich schnell, die einen umgekehrten Strom in benachbarten Leitern induziert. Wenn die Grundebene der dritten Schicht eine komplette Grundebene ist, Es wird ein blau gepunkteter Strom auf der Bodenebene geben; wenn die TOP-Schicht eine vollständige Leistungsebene hat, Es wird auch eine blaue Linie auf der obersten Ebene geben. Gepunkteter Rückfluss. Zur Zeit, die Signalschleife hat die kleinste Stromschleife, die nach außen abgestrahlte Energie ist die kleinste, und die Fähigkeit, externe Signale zu koppeln, ist auch die kleinste. (The skin effect at high frequency is also the smallest outward radiation energy, das Prinzip ist das gleiche.) Because the high frequency signal level and current change very quickly, aber die Wechselzeit ist kurz, die benötigte Energie ist nicht sehr groß, Der Entkopplungskondensator, der dem Chip am nächsten ist, wird mit Strom versorgt.. When C1 is large enough and the response is fast enough (it has a very low ESR value, Keramikkondensatoren werden üblicherweise verwendet. Der ESR von Keramikkondensatoren ist viel niedriger als der von Tantalkondensatoren.), the orange path on the top layer and the red path on the GND layer can be It is regarded as non-existent (there is a current corresponding to the power supply of the entire board, but not the current corresponding to the signal shown in the figure).

Entsprechend der in der Abbildung konstruierten Umgebung, Der gesamte Strompfad ist: vom Pluspol von C1-"VCC von IC1-" S1- "L2 Signalleitung-" R1- "GND von IC2-" über-"GND Schicht gelb Pfad-"Via - "Kondensator-Minuspol. Es kann gesehen werden, dass es einen braunen Äquivalentstrom in vertikaler Richtung des Stroms gibt, und ein Magnetfeld in der Mitte induziert wird. Gleichzeitig kann dieser Torus leicht an externe Interferenzen koppeln. Wenn das Signal in der Abbildung ein Taktsignal ist, gibt es eine Reihe von 8Bit-Datenleitungen parallel, angetrieben von der gleichen Stromversorgung des gleichen Chips, und der aktuelle Rückgabepfad 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 absoluten Wert der hohen und niedrigen Pegel der Störquelle, sondern proportional zur aktuellen Änderungsrate der Störquelle. Bei einer rein resistiven Last ist der Übersprechenstrom proportional zu dI/dt=dV /(T10%-90%*R). In der Formel beziehen sich dI/dt (Stromwechselrate), dV (Schwingungsamplitude der Störquelle) und R (Störquellenlast) alle auf die Parameter der Störquelle (wenn es sich um eine kapazitive Last handelt, ist dI/dt dasselbe wie T10%- Das Quadrat von 90% ist umgekehrt proportional). Aus der Formel geht hervor, dass das Übersprechen von Niedergeschwindigkeitssignalen nicht notwendigerweise kleiner ist als das von Hochgeschwindigkeitssignalen. Das haben wir gesagt: 1kHZ Signal ist nicht unbedingt ein Low-Speed Signal, wir müssen die Situation der Kante umfassend betrachten. Für ein Signal mit einer steilen Kante enthält es viele harmonische Komponenten und hat eine große Amplitude an jedem Frequenzmultiplikationspunkt. Daher sollten Sie auch bei der Auswahl der Geräte aufpassen. Entscheiden Sie sich nicht blind für Chips mit hohen Schaltgeschwindigkeiten. Die Kosten werden nicht nur hoch sein, sondern auch Übersprechen und EMV-Probleme erhöhen.

Jede benachbarte Leistungsebene oder andere Ebene, solange an beiden Enden des Signals ein geeigneter Kondensator vorhanden ist, um einen reaktionsarmen Pfad zu GND bereitzustellen, kann diese Ebene als Rücklaufebene für dieses Signal verwendet werden. In normalen Anwendungen ist die entsprechende Chip-IO-Stromversorgung oft zum Empfangen und Senden gleich, und es gibt im Allgemeinen 0.01-0.1uF-Entkopplungskondensatoren zwischen jeder Stromversorgung und Masse, und diese Kondensatoren befinden sich auch an den beiden Enden des Signals, so dass der Reflow-Effekt der Leistungsebene an zweiter Stelle nur zur Erdungsebene ist. Wenn jedoch andere Leistungsebenen für den Rückfluss verwendet werden, gibt es oft keinen niedrigen Reaktanzweg zum Boden an beiden Enden des Signals. Auf diese Weise findet der in der benachbarten Ebene induzierte Strom die nächste Kapazität und kehrt zur Masse zurück. Wenn der "nächste Kondensator" weit vom Anfang oder Ende entfernt ist, muss der Rücklauf eine große Strecke zurücklegen, um einen vollständigen Rückweg zu bilden, und dieser Weg ist auch ein Rückweg für benachbarte Signale, und dieser gleiche Rücklauf. Der Effekt von Straßen- und Gemeindegrundstörungen ist derselbe, was dem Übersprechen zwischen Signalen entspricht.

Für einige unvermeidbare Cross-Supply Splitting Situationen, you can connect a capacitor or a high-pass filter (such as a 10 ohm resistor string 680p capacitor) formed by a capacitor or RC series across the split. Der spezifische Wert hängt von Ihrem eigenen Signaltyp ab, nämlich eine Hochfrequenz-Leiterplatte Rückgabepfad, but also to isolate the low-frequency crosstalk between the mutual planes). Dies kann das Problem des Hinzufügen von Kondensatoren zwischen den Leistungsebenen beinhalten, was ein bisschen lustig erscheint, aber es ist definitiv effektiv. Wenn einige Spezifikationen es nicht zulassen, Die beiden Ebenen der Teilung können separat zum Boden geführt werden.

Im Falle des Ausleihens anderer Ebenen für den Rückfluss ist es am besten, ein paar kleine Kondensatoren an beiden Enden des Signals hinzuzufügen, um einen Rückweg bereitzustellen. Aber dieser Ansatz ist oft schwierig zu erreichen. Weil der größte Teil des Oberflächenraums in der Nähe des Anschlusses durch den passenden Widerstand und den Entkopplungskondensator des Chips belegt wird.