Leiterplattentechnisch - Wege, um Hochgeschwindigkeits-PCB-Übertragungsleitungseffekte zu vermeiden

In Anbetracht der Auswirkungen der Hochgeschwindigkeits- Leiterplattenübertragungsleitung Problem, Wir werden über die Methoden sprechen, um diese Effekte unter folgenden Aspekten zu kontrollieren.

1 Steuern Sie streng die Länge der Schlüsselnetzwerkkabel

Wenn es eine Hochgeschwindigkeitsübergangskante im Design gibt, muss das Problem des Übertragungsleitungseffekts auf der Leiterplatte berücksichtigt werden. Schnelle integrierte Schaltungschips mit sehr hohen Taktfrequenzen, die heutzutage häufig verwendet werden, haben solche Probleme. 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. Die Verdrahtungslänge sollte nicht größer als 1,5 Zoll bei 50MHz sein. Wenn die Betriebsfrequenz 75MHz erreicht oder überschreitet, sollte die Verdrahtungslänge 1 Zoll sein. Die maximale Verdrahtungslänge für GaAs-Chips sollte 0,3 Zoll betragen. Wird diese Norm überschritten, kommt es zu Übertragungsleitungsproblemen.

2 Planen Sie die Topologie der Verkabelung vernünftig

Another way to solve the effect of Hochgeschwindigkeits-PCB transmission lines ist die Auswahl des richtigen Verdrahtungsweges und der Klemmentopologie. Die topologische Struktur der Verdrahtung bezieht sich auf die Verdrahtungsfolge und Verdrahtungsstruktur eines Netzwerkkabels. Bei Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Logikgeräten, es sei denn, die Länge des Trace-Zweiges wird kurz gehalten, Signale mit schnell wechselnden Kanten werden durch die Abzweigspuren auf der Signalstammspur verzerrt. Unter normalen Umständen, PCB-Routing verwendet zwei grundlegende Topologien, nämlich Daisy Chain Routing und Star Distribution.

Bei der Daisy Chain Verdrahtung beginnt die Verdrahtung vom Antriebsende und erreicht nacheinander jedes Empfangsende. Wird ein Reihenwiderstand verwendet, um die Signaleigenschaften zu ändern, sollte die Position des Reihenwiderstands nahe am Antriebsende liegen. In Bezug auf die Steuerung der harmonischen Störung der Verdrahtung hoher Ordnung hat die Gänseblümchenverdrahtung den besten Effekt. Diese Verdrahtungsmethode hat jedoch die niedrigste Verteilungsrate, und es ist nicht einfach, 100%. Bei der eigentlichen Auslegung machen wir die Verzweigungslänge in der Daisy Chain Verdrahtung so kurz wie möglich. Der Wert der sicheren Länge sollte lauten: Stub Delay <= Trt *0.1.

Zum Beispiel sollte die Länge des Abzweigenden in einer Hochgeschwindigkeits-TTL-Schaltung kleiner als 1,5 Zoll sein. Diese Topologie nimmt weniger Verdrahtungsraum ein und kann mit einem einzigen Widerstand beendet werden. Diese Verdrahtungsstruktur macht jedoch den Empfang von Signalen an verschiedenen Signalempfangenden asynchron.

Die Sterntopologiestruktur kann das asynchrone Problem des Taktsignals effektiv vermeiden, aber es ist sehr schwierig, die Verkabelung auf der Leiterplatte mit hoher Dichte manuell abzuschließen. Die Verwendung eines automatischen Routers ist der beste Weg, um die Sternverdrahtung abzuschließen. An jedem Zweig sind Abschlusswiderstände erforderlich. Der Widerstand des Anschlusswiderstandes sollte der charakteristischen Impedanz der Verbindung entsprechen. Diese kann manuell oder mit CAD-Werkzeugen berechnet werden, um den charakteristischen Impedanzwert und den Klemmenabgleich-Widerstandswert zu berechnen.

In den beiden oben genannten Beispielen werden einfache Klemmwiderstände verwendet. In der Praxis können komplexere Matching-Terminals ausgewählt werden. Die erste Option ist RC Matching Terminal. Das RC-Matching-Terminal kann den Stromverbrauch reduzieren, kann aber nur verwendet werden, wenn das Signal relativ stabil ist. Diese Methode eignet sich am besten zum Abgleichen des Taktliniensignals. Der Nachteil ist, dass die Kapazität in der RC-Matching-Klemme die Form und Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals beeinflussen kann.

Die Reihenwiderstandsanpassung erzeugt keinen zusätzlichen Stromverbrauch, verlangsamt aber die Signalübertragung. Diese Methode wird für Busantriebsschaltungen verwendet, bei denen die Zeitverzögerung wenig Auswirkungen hat. Der Vorteil der Reihenwiderstandsanpassung ist, dass sie die Anzahl der Bordgeräte und die Verdrahtungsdichte reduzieren kann.

Die letzte Methode besteht darin, das passende Terminal zu trennen. Auf diese Weise muss das passende Bauteil nahe dem Empfangsende platziert werden. Der Vorteil ist, dass es das Signal nicht herunterzieht und Rauschen sehr gut vermieden werden kann. Typischerweise verwendet für TTL-Eingangssignale (ACT, HCT, FAST).

Darüber hinaus sind der Gehäusetyp und der Installationstyp des Klemmenabpassers ebenfalls zu berücksichtigen. Im Allgemeinen haben SMD-Oberflächenmontagewiderstände eine niedrigere Induktivität als Durchgangslochkomponenten, so dass SMD-verpackte Komponenten die erste Wahl werden. Wenn Sie gewöhnliche Inline-Widerstände wählen, gibt es auch zwei Optionen für die Installation: vertikal und horizontal.

Im vertikalen Installationsmodus ist ein Montagestift des Widerstands sehr kurz, was den thermischen Widerstand zwischen dem Widerstand und der Leiterplatte verringern kann, so dass die Wärme des Widerstands leichter in die Luft abgeleitet werden kann. Aber eine längere vertikale Installation erhöht die Induktivität des Widerstands. Die horizontale Installation hat eine geringere Induktivität aufgrund der geringeren Installation. Allerdings wird der überhitzte Widerstand driften. Im schlimmsten Fall wird der Widerstand zu einem offenen Stromkreis, wodurch der PCB-Leiterplattenabschluss-Matching-Fehler verursacht und ein potenzieller 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 sehr wichtigen ist, sicherzustellen, dass die Leiterplatte eine gute Erdung hat. Es ist sehr effektiv, eine Signalschicht mit einer Masseschicht für komplexe Designs zu verwenden. Darüber hinaus ist die Minimierung der Signaldichte der äußersten Schicht der Leiterplatte auch eine gute Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung zu reduzieren. Diese Methode kann durch die Verwendung der "Oberflächenschicht"-Technologie "Aufbau" Design und Herstellung von Leiterplatten realisiert werden. Die Oberflächenschicht wird durch Hinzufügen einer Kombination aus einer dünnen Isolierschicht und Mikrolöchern realisiert, die verwendet werden, um diese Schichten auf einer gemeinsamen Prozess-Leiterplatte zu durchdringen. Der Widerstand und die Kapazität können unter der Oberflächenschicht vergraben werden, und die Spurendichte pro Einheitsfläche wird fast verdoppelt. Verkleinern Sie die Größe der Leiterplatte. Die Verringerung der Leiterplattenfläche hat einen enormen Einfluss auf die topologische Struktur der Leiterbahn, was bedeutet, dass die Stromschleife reduziert wird, die Länge der Zweigspur reduziert wird und die elektromagnetische Strahlung ungefähr proportional zur Fläche der Stromschleife ist; Gleichzeitig bedeutet das kleine Merkmal, dass Blei mit hoher Dichte Fußverpackte Geräte verwendet werden können, die wiederum die Länge des Drahtes verringern, wodurch die Stromschleife reduziert und die elektromagnetischen Kompatibilitätseigenschaften verbessert werden.

4 Andere verfügbare Technologien

Um das momentane Überschreiten der Spannung an der Stromversorgung des integrierten Schaltungschips zu reduzieren, sollte dem integrierten Schaltungschip ein Entkopplungskondensator hinzugefügt werden. Dies kann effektiv die Auswirkungen von Graten auf die Stromversorgung entfernen und die Strahlung der Stromschleife auf der Leiterplatte reduzieren.

Wenn der Entkopplungskondensator direkt mit dem Netzrohrbein des integrierten Schaltkreises anstelle der Leistungsschicht verbunden ist, ist der Effekt der Gratgleichung am besten. Aus diesem Grund haben einige Gerätesteckdosen Entkopplungskondensatoren, und einige Geräte erfordern, dass der Abstand zwischen dem Entkopplungskondensator und dem Gerät klein genug ist.

Alle High-Speed- und High-Power-Geräte sollten so weit wie möglich zusammengebaut werden, um den vorübergehenden Überschuss der Versorgungsspannung zu reduzieren.

Wenn es keine Stromschicht gibt, bildet die lange Stromverbindung eine Schleife zwischen dem Signal und der Schleife und wird zu einer Strahlungsquelle und einem empfindlichen Stromkreis.

Die Situation, in der die Leiterplatten-Spuren Eine Schleife bilden, die nicht durch dasselbe Netzwerkkabel oder andere Leiterbahnen verläuft, wird als offene Schleife bezeichnet.. Wenn die Schleife durch andere Drähte desselben Netzwerkkabels geht, es stellt einen geschlossenen Kreislauf dar. In beiden Fällen, antenna effects (wire antennas and loop antennas) are formed. 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..