Tecnología de PCB - Cómo mejorar la integridad de la señal de los PCB del sistema integrado

Con el progreso continuo de la tecnología electrónica, los sistemas integrados se aplicarán cada vez más. Entre estas numerosas aplicaciones, la gente ya no piensa en la función y el rendimiento, sino en la fiabilidad y la compatibilidad. Entonces, cómo mejorar la integridad de la señal de los PCB del sistema integrado a través de la tecnología de cableado se ha convertido en un "problema importante".

Como todos sabemos, los PCB (placas de circuito impreso) son el soporte básico de los componentes de circuito en los productos electrónicos, y su calidad de diseño a menudo afecta directamente la fiabilidad y compatibilidad de los sistemas integrados. En el pasado, en algunas placas de circuito de baja velocidad, la frecuencia del reloj solía ser de solo unos 10 mhz. El principal desafío del diseño de la placa de circuito o encapsulamiento es cómo cableado todos los cables de señal en la placa de doble capa y cómo no dañar el encapsulamiento durante el montaje.

Debido a que la interconexión nunca afecta el rendimiento del sistema, las características eléctricas de la interconexión no son importantes. En este sentido, las líneas de interconexión en la placa de circuito de baja velocidad de la señal son lisas y transparentes. Sin embargo, con el desarrollo de sistemas integrados, los circuitos utilizados son básicamente circuitos de alta frecuencia. A medida que aumenta la frecuencia del reloj, el borde ascendente de la señal se acorta, y la resistencia capacitiva e inductora producida por el circuito impreso a la señal que pasa será mucho mayor que la resistencia del propio circuito impreso, lo que afectará seriamente la integridad de la señal. Para los sistemas integrados, el efecto de integridad de la señal se vuelve importante cuando la frecuencia del reloj supera los 100 MHz o el borde ascendente es inferior a 1 ns.

En el pcb, el cable de señal es el principal portador de la transmisión de señal, y el enrutamiento del cable de señal determinará directamente la superioridad de la transmisión de señal y afectará directamente el rendimiento de todo el sistema integrado. El cableado irrazonable puede causar graves problemas de integridad de varias señales y causar cronología, ruido e interferencia electromagnética (emi) en el circuito, lo que afecta seriamente el rendimiento del sistema integrado. En este sentido, a partir de las características eléctricas reales de la línea CITIC del circuito digital de alta velocidad, este artículo establece un modelo de características eléctricas para encontrar las principales causas que afectan la integridad de la señal y los métodos para resolverlos, y presta atención a los problemas en el cableado y los métodos y tecnologías a seguir.

Integridad de la señal

La integridad de la señal se refiere a la calidad de la señal en la línea de la señal, es decir, la capacidad de la señal para responder en el circuito con el tiempo y el nivel de voltaje correctos. Una señal con buena integridad de la señal significa que tiene un valor de nivel de voltaje que debe alcanzarse cuando sea necesario. La mala integridad de la señal no se debe a un solo factor, sino a múltiples factores en el diseño a nivel de tablero. Los problemas de integridad de la señal se reflejan en muchos aspectos, incluyendo retraso, reflexión, conversación cruzada, sobreimpulso, oscilación y rebote de tierra.

Retraso: el retraso se refiere a la transmisión de la señal a una velocidad limitada en la línea de transmisión de la placa de pcb. La señal se envía desde el lado de envío al lado de recepción, durante el cual hay un retraso en la transmisión. El retraso de la señal afectará el tiempo integrado; El retraso en la transmisión depende principalmente de la longitud del cable y la constante dieléctrica del medio alrededor del cable. En los sistemas digitales de alta velocidad, la longitud de la línea de transmisión de señal es el factor más directo que afecta la diferencia de fase del pulso del reloj. La diferencia de fase del pulso del reloj se refiere al tiempo en que las dos señales del reloj generadas al mismo tiempo no están sincronizadas en el extremo receptor. La diferencia de fase del pulso del reloj reduce la previsibilidad de la llegada del borde de la señal. Si la diferencia de fase del pulso del reloj es demasiado grande, se producirá una señal de error en el extremo receptor.

Reflejo: el reflejo es el eco de la señal en la línea de señal. Cuando el tiempo de retraso de la señal es mucho más largo que el tiempo de conversión de la señal, la línea de señal debe usarse como línea de transmisión. Cuando la resistencia característica de la línea de transmisión no coincide con la resistencia de la carga, parte de la Potencia de la señal (voltaje o corriente) se transmite a la línea y llega a la carga, pero parte se refleja. Si la resistencia de la carga es menor que la resistencia original, la reflexión es negativa; De lo contrario, el reflejo es positivo. Los cambios en la geometría del cableado, las terminaciones incorrectas de los cables, la transmisión a través del conector y las discontinuidades en el plano de la fuente de alimentación pueden causar este reflejo.

Conversación cruzada: la conversación cruzada se refiere al acoplamiento entre dos líneas de señal, y la inducción mutua y la capacidad capacitiva entre las líneas de señal producirán ruido en la línea de señal. Corriente de acoplamiento por inducción acoplada capacitivamente y voltaje de acoplamiento por inducción acoplada inductivamente. El ruido de conversación cruzada se debe al acoplamiento electromagnético entre redes de líneas de señal, entre sistemas de señal y sistemas de distribución y entre agujeros. El devanado cruzado puede causar falsos relojes, errores de datos intermitentes, etc., afectando así la calidad de transmisión de las señales adyacentes. En realidad, las conversaciones cruzadas no se pueden eliminar por completo, pero se pueden controlar dentro de los límites que el sistema puede soportar. Los parámetros de la capa de pcb, la distancia entre las líneas de señal, las características eléctricas del extremo de conducción y el extremo receptor y el método de terminación de la línea de base tienen un cierto impacto en la conversación cruzada.

Exceso y retroceso: el exceso es el primer pico o valle que supera el voltaje establecido. Para el borde ascendente, se refiere al voltaje máximo; Para el borde descendente, se refiere al voltaje mínimo. El siguiente Valle o pico supera el voltaje establecido. Un exceso de impulso excesivo puede hacer que el electrodo de protección funcione, lo que hará que falle prematuramente. Una descarga excesiva puede causar un reloj incorrecto o un error de datos (operación incorrecta).

Oscilaciones y oscilaciones circulares: los fenómenos oscilantes son excesos y descensos repetidos. Las oscilaciones de señal son oscilaciones causadas por inductores y condensadores de Transición de línea, que pertenecen al Estado de subamortiguación, y las oscilaciones circundantes pertenecen al Estado de sobreamortiguación. Las oscilaciones y las oscilaciones orbitales también son causadas por muchos factores, como la reflexión. Las oscilaciones pueden reducirse mediante una terminación adecuada, pero no pueden eliminarse por completo.

Ruido de rebote de tierra y ruido de retorno: cuando hay una gran corriente vagando en el circuito, causará ruido de rebote de tierra. Por ejemplo, cuando una gran cantidad de salidas de chips se conducen simultáneamente, habrá una gran corriente instantánea entre el chip y la placa de circuito. Si fluye el plano de la fuente de alimentación, la inducción y resistencia del encapsulamiento del CHIP y el plano de la fuente de alimentación causarán ruido de la fuente de alimentación, lo que generará fluctuaciones y cambios de voltaje en el plano real del suelo, y este ruido afectará el Movimiento de otros componentes. El aumento de la capacidad de carga, la disminución de la resistencia a la carga, el aumento de la inducción a tierra y el aumento del número de dispositivos de conmutación provocarán un aumento del rebote a tierra.

Análisis de las características eléctricas del canal de transmisión

En los PCB multicapa, la mayoría de las líneas de transmisión no solo están dispuestas en una sola capa, sino que también están escalonadas en varias capas, y cada capa está conectada a través de agujeros. Por lo tanto, en los PCB multicapa, los canales de transmisión típicos incluyen principalmente tres partes: líneas de transmisión, ángulos de cableado y agujeros. En el caso de baja frecuencia, el paso de agujeros de la línea impresa y el rastro puede considerarse una conexión eléctrica ordinaria que conecta los pines de diferentes dispositivos, lo que no tendrá mucho impacto en la calidad de la señal. Sin embargo, en el caso de las altas frecuencias, los hilos impresos, las esquinas y los agujeros de paso no solo deben considerar su conectividad, sino también sus propiedades eléctricas a altas frecuencias y la influencia de los parámetros parasitarios.

Análisis de las características eléctricas de la línea de transmisión en el PCB de alta velocidad

En el diseño de PCB de alta velocidad, es inevitable utilizar una gran cantidad de cables de conexión de señal, y su longitud es diferente. El tiempo de retraso de la señal a través del cable de conexión no puede ser ignorado en comparación con el tiempo de cambio de la señal en sí. La señal está en la línea de conexión a la velocidad de las ondas electromagnéticas. Para la transmisión, la línea de conexión en este momento es una red compleja con resistencias, condensadores e inductores, que debe describirse con un modelo de sistema de parámetros distribuidos, es decir, un modelo de línea de transmisión.

La línea de transmisión se utiliza para transmitir la señal de un extremo al otro. Consta de dos cables de cierta longitud, uno se llama camino de señal y el otro se llama camino de retorno. En los circuitos de baja frecuencia, las características de la línea de transmisión se manifiestan como características eléctricas de Resistencia pura. En a, a medida que aumenta la frecuencia de la señal de transmisión, la resistencia capacitiva entre los cables disminuye y la resistencia inductiva en los cables aumenta. El cable de señal ya no será solo una resistencia pura, es decir, la señal no solo se transmitirá en el cable, sino también en el medio entre los conductores. Si la frecuencia de la señal aumenta aún más, cuando jÍl > r, 1 / (j \ 2050c), "para un cable uniforme, independientemente de cómo cambie el entorno externo, la resistencia R de la línea de transmisión, la inducción parasitaria L y la capacidad parasitaria C están distribuidas uniformemente (es decir, L1 = L2 = ln; C1 = C2 = Cn + 1).