Tecnología de PCB - Señales de comunicación entre capas de PCB

Tomemos como ejemplo la des

Conversión de corriente de señal en la capa

Resumen: las placas de circuito impreso, las placas de circuito impreso y las rutas de señal deben cambiar con frecuencia las capas en la pila de placas. En algunos casos, esto puede causar problemas. El ejemplo de ESG se utiliza para ilustrar las condiciones en las que el cambio de capa puede causar problemas.

La ruta de la señal que pasa

Discusión: las rutas de cableado en los PCB generalmente requieren cambiar las rutas de las capas para completar el diseño. Para cuatro capas de pcb, esto generalmente significa cambiar de la capa superior de la placa de circuito a la capa inferior, y las dos capas intermedias son la fuente de alimentación y la tierra. Las placas de cuatro capas son especialmente problemáticas, ya que el intervalo entre el plano de alimentación y el plano de tierra suele ser relativamente grande en comparación con seis o más capas (unos 30 a 40 milímetros).

En la planta superior e inferior, la corriente de la señal coincide con la corriente de retorno del espejo en el suelo cercano o en el plano de la fuente de alimentación. Cuando la corriente de la señal cambia la capa de arriba a abajo, puede ocurrir un daño que afecte el rendimiento de la des.

Todas las señales forman un ciclo, desde la fuente hasta la carga, y luego de vuelta a la Fuente. Como veremos en este caso especial, lo habitual es que la parte "retorno" del camino nos cause problemas. La corriente de retorno de la señal en la parte inferior de la superficie inferior sigue la señal hasta la parte superior de la superficie inferior, pero debe pasar por la resistencia intersuperficial para llegar a la parte inferior de la superficie superior, desde donde puede seguir la señal hasta la parte superior de la superficie superior.

Paneles de prueba con rutas de una sola capa y dos capas

Una forma de considerar la resistencia Z es considerar dos planos como líneas de transmisión bidimensionales que se extienden desde el agujero de la señal. Los condensadores de derivación forman "cortocircuitos" de baja resistencia (aunque los cortocircuitos no son tan buenos a una frecuencia lo suficientemente alta, ya que sus inductores se vuelven importantes), y los bordes de las placas de circuito suelen ser "abiertos" sin terminar. Estas y otras características provocan reflejos que hacen que la resistencia entre los planos cambie significativamente con la frecuencia, y para una placa de cuatro capas con una distancia entre los planos de unos 30 milímetros, se pueden alcanzar varios ohms en algunas frecuencias. ¡¡ la Ley de Murphy señala que el pico de esta resistencia estará en los terceros armónicos de la frecuencia del reloj!

Para evaluar este efecto, construí una placa de prueba, como se muestra en la figura 2. Cada rastro de señal mide unos 30 centímetros de largo. El cableado está compuesto por un cable telefónico de par trenzado de 100 ohm. Cuando se conecta al plano de tierra, forma un camino de 50 ohms. La placa es un laminado de cobre de doble capa, y todo el componente simula un pwb de cuatro capas. Los dos planos de cobre están a unos 30 milímetros de distancia y se cortan juntos a través del conector SMA a la izquierda y la resistencia de carga a la derecha (cuatro posiciones). Un camino se queda en un lado, mientras que el otro pasa por la placa de circuito y se extiende unos 10 centímetros en el otro.

Paneles de prueba con rutas de una sola capa y dos capas

La placa de Circuito está sujeta a una descarga de contacto ESG de 3 kv, desde el simulador ESG hasta el final del cable de 1 metro, fijado en el plano mostrado en la figura 2, cerca del Centro del borde derecho, y el centro del borde izquierdo conectado al suelo para liberar la carga eléctrica de la placa de circuito.

El EMI generado por la des en la ruta del primer nivel

Por ejemplo, una señal obvia en el conector SMA en la ruta inferior, la señal sale de la parte superior a la parte inferior de la placa de circuito antes de regresar. En este caso, la señal máxima en el conector SMA supera el pico de 2 voltios y oscila con la frecuencia natural del componente. Para la mayoría de los circuitos lógicos, este nivel debe ser un problema. El aumento del ruido en la ruta inferior se debe a la caída de tensión en ambos extremos de la resistencia de la placa Z causada por la des en cada conversión de un lado a otro de la placa. El voltaje aparece en la señal / circuito, por lo que aparece en el conector sma.

Señal en el conector SMa

El EMI generado por la des en una ruta de dos capas

En el caso de que la distancia entre las placas sea mucho menor que 30 milímetros, la resistencia entre las placas suele ser menor, el efecto mostrado en la figura 4 será menor y el problema será menor. Si la señal clave se convierte de la parte superior de la placa de circuito cerca del capacitor de derivación existente (de bajo costo) a la parte inferior, el impacto en la placa de circuito de cuatro capas también se puede minimizar.

Resumen: la conversión entre las capas pwb puede causar graves daños en la ruta de la señal. Cuanto mayor sea la distancia entre la fuente de alimentación y el plano de tierra, mayor será el impacto. Un ejemplo de la respuesta pwb de "cuatro capas" a la des muestra uno de los posibles problemas.