Tecnología de PCB - Ruta de retorno del Circuito de alta velocidad PCB

En el esquema del circuito digital de pcb, la propagación de la señal digital es de una puerta lógica a otra. La señal se envía desde el extremo de salida al extremo receptor a través de un cable eléctrico. Parece que fluye en una Dirección. Muchos ingenieros digitales creen que la ruta del circuito es irrelevante. ¿Después de todo, los conductores y receptores están designados como dispositivos de modo de voltaje, entonces, ¿ por qué considerar la corriente?

De hecho, la teoría básica del circuito nos dice que las señales se transmiten a través de corrientes eléctricas. Específicamente, se trata de un movimiento electrónico. Una característica del flujo de electrones es que los electrones nunca se quedan en ningún lugar. Dondequiera que fluya la corriente eléctrica, deben volver. Por lo tanto, la corriente eléctrica Siempre fluye en el circuito, y cualquier señal en el circuito existe en forma de circuito cerrado. Para la transmisión de señal de alta frecuencia, en realidad es un proceso de carga de condensadores cerámicos atrapados entre la línea de transmisión y la capa de corriente continua.

Efectos de la soldadura de retorno de PCB

Los circuitos digitales suelen depender del suelo y del plano de la fuente de alimentación para completar el retorno. Las señales de alta frecuencia y las señales de baja frecuencia tienen diferentes rutas de retorno. Para el retorno de la señal de baja frecuencia, se selecciona el camino con la resistencia más baja, y para el retorno de la señal de alta frecuencia, se selecciona el camino con la inducción más baja.

Cuando la corriente comienza desde el conductor de la señal, fluye a través de la línea de señal E se inyecta en el extremo receptor de la señal, siempre hay una corriente de retorno en la dirección opuesta: a partir del pin de tierra de la carga, a través del plano de cobre, fluye hacia la fuente de señal y la corriente que fluye a través de la línea de señal forma un circuito cerrado. La frecuencia de ruido causada por la corriente que fluye a través del plano cubierto de cobre es igual a la frecuencia de la señal. Cuanto mayor sea la frecuencia de la señal, mayor será la frecuencia del ruido. La Puerta lógica no responde a la señal de entrada absoluta, pero responde a la diferencia entre la señal de entrada y el pin de referencia. El circuito terminal de un solo punto responde a la diferencia entre la señal de entrada y su plano de referencia lógico de tierra, por lo que la interferencia en el plano de referencia de tierra es tan importante como la interferencia en la ruta de la señal.

Placa de circuito impreso de alta velocidad

La Puerta lógica responde al pin de entrada y al pin de referencia especificado, no sabemos cuál es el pin de referencia especificado (para ttl, generalmente una fuente de alimentación negativa, para ecl, generalmente una fuente de alimentación positiva, pero no todas). en esta característica, la capacidad antiinterferencia de la señal diferencial puede tener un buen impacto en el ruido de rebote del suelo y el deslizamiento del plano de alimentación.

Cuando muchas señales digitales en el tablero de PCB se cambian simultáneamente (como el bus de datos de la cpu, el bus de dirección, etc.), esto hace que la corriente de carga instantánea fluya de la fuente de alimentación al circuito o del Circuito al suelo. debido a la presencia del cable de alimentación y el suelo, la resistencia genera ruido de conmutación simultánea (ssn), y el ruido de rebote del plano de tierra también aparece en el suelo (conocido como rebote del suelo). Cuando el área circundante del cable de alimentación y el cable de tierra en la placa de circuito impreso es grande, su energía de radiación también es grande. Así, analizamos el Estado del interruptor del chip digital y tomamos medidas para controlar el modo de retorno para reducir el área circundante. El área, con el objetivo de minimizar la radiación.

El ic1 es el extremo de salida de la señal, el ic2 es el extremo de entrada de la señal (para simplificar el modelo de pcb, se supone que el extremo receptor contiene una resistencia aguas abajo), y la tercera capa es la formación de tierra. Tanto la puesta a tierra del ic1 como del ic2 proviene del tercer plano de puesta a tierra. La esquina superior derecha de la capa superior es un plano de alimentación conectado al Polo positivo de la fuente de alimentación. C1 y C2 son condensadores de desacoplamiento ic1 e ic2, respectivamente. La fuente de alimentación y los pines de tierra del CHIP que se muestra en la imagen son la fuente de alimentación y el suelo del extremo transmisor y receptor de la señal.

A baja frecuencia, si el terminal S1 emite un alto nivel, todo el circuito actual es que la fuente de alimentación está conectada al plano de alimentación VCC a través de un cable, luego entra en el ic1 a través de un camino naranja, y luego sale del terminal s1 y entra en el ic2 a través de un segundo cable del terminal R1. Luego ingrese a la capa gnd y regrese al polo negativo de la fuente de alimentación a través de la ruta roja.

A alta frecuencia, las características de distribución de los PCB tendrán un gran impacto en la señal de los pcb. Los ecos terrestres de los que hablamos a menudo son problemas frecuentes en las señales de alta frecuencia. Cuando aumenta la corriente en la línea de señal de S1 a r1, el campo magnético externo cambia rápidamente, lo que induce una corriente inversa en el conductor cercano. Si el plano del suelo de la tercera capa es un plano del suelo completo, entonces la corriente eléctrica indicada por las líneas punteadas azules se producirá en el plano del suelo. Si la capa superior tiene un plano de alimentación completo, también habrá retorno a lo largo de las líneas punteadas azules en la capa superior. En este momento, el circuito de corriente del Circuito de señal es el más pequeño, la energía irradiada al exterior es la más pequeña y la capacidad de acoplar la señal externa es la más pequeña. (el efecto cutáneo de alta frecuencia también tiene la menor energía de radiación externa, el principio es el mismo)

Debido a que el nivel de señal de alta frecuencia y la corriente del PCB cambian rápidamente, pero el ciclo de cambio es corto, la energía necesaria no es muy grande, por lo que el chip es alimentado por el condensadores de desacoplamiento más cercanos al chip. Cuando el C1 es lo suficientemente grande y responde lo suficientemente rápido (su valor de ESR es muy bajo, por lo general se utilizan condensadores cerámicos. los ESR de los condensadores cerámicos son mucho más bajos que los de tantalio), la ruta naranja en la parte superior y la ruta Roja en la capa gnd pueden considerarse inexistentes.

Por lo tanto, en el entorno construido, toda la ruta de la corriente del PCB es: la ruta amarilla de la capa gnd - gnd del ic2 - a través del agujero - electrodo negativo del electrodo positivo del C1 - VCC - S1 - L2 - R1 del ic1 - ic2. Se puede ver que hay una corriente equivalente marrón en la dirección vertical de la corriente del PCB y un campo magnético se induce en el medio. Al mismo tiempo, este toro se acopla fácilmente a interferencias externas. Si la señal es una señal de reloj como se muestra en la imagen, hay un conjunto paralelo de líneas de datos de 8 dígitos alimentadas por la misma fuente de alimentación del mismo pcb, y la ruta de retorno de la corriente es la misma.

Si el nivel de la línea de datos se gira en la misma dirección al mismo tiempo, el reloj detectará una gran corriente inversa. Si la línea del reloj no coincide bien, esta conversación cruzada es suficiente para tener un impacto fatal en la señal del reloj. La intensidad de esta conversación cruzada no es proporcional al valor absoluto del nivel alto y bajo de la fuente de interferencia, sino a la tasa de variación actual de la fuente de interferencia.