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

1. conceptos básicos del retorno de 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. Parece que fluye en una Dirección. Muchos ingenieros digitales creen que la ruta del circuito es irrelevante. ¿Después de todo, tanto el conductor como el receptor están designados como dispositivos de modo de voltaje, así que ¿ 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, es el Movimiento de los electrones. 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 el proceso de carga de condensadores cerámicos atrapados entre la línea de transmisión y la capa de corriente continua.

2. efectos del retorno de los 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 del cable de la señal E se inyecta en el extremo receptor de la señal, siempre hay un 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 la señal y luego fluye. la corriente en La línea de la 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, sino 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, por lo que la interferencia con el plano de referencia terrestre es tan importante como la interferencia con la ruta de la señal.

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, suele ser una fuente de alimentación negativa, para ecl, suele ser una fuente de alimentación positiva, pero no todas). en lo que respecta a esta característica, La capacidad antiinterferencia de la señal diferencial tiene un buen impacto en el ruido de rebote del suelo y el deslizamiento del plano de potencia.

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.), debido a la presencia del cable de alimentación y el cable de tierra, esto hace que la corriente de carga instantánea fluya de la fuente de alimentación al circuito o del Circuito al cable de tierra. la resistencia genera ruido de conmutación simultánea (ssn), Y el ruido de rebote del plano terrestre (conocido como rebote del suelo) también aparecerá en el 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. La puesta a tierra del ic1 y el ic2 proviene del tercer plano de puesta a tierra. La esquina superior derecha de la capa superior es un plano de alimentación que se conecta 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 en el extremo de transmisión y recepción de la señal.

A baja frecuencia, si el terminal S1 emite un nivel alto, 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, luego sale del terminal s1 y entra en el ic2 a través de la segunda capa del cable a través del terminal R1. Luego entra en la capa gnd y regresa 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 la corriente en la línea de señal aumenta de S1 a r1, el campo magnético externo cambia rápidamente, lo que inducirá una corriente inversa en un conductor cercano. Si el plano del suelo de la tercera capa es el plano del suelo completo, la corriente eléctrica indicada por la línea punteada azul se producirá en el plano del suelo. Si la capa superior tiene un plano de alimentación completo, también habrá un 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 a alta frecuencia también es la menor energía de radiación externa, el mismo principio)

Debido a que el nivel de señal de alta frecuencia y la corriente eléctrica 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 la respuesta es lo suficientemente rápida (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, todo el camino de la corriente del PCB es: el camino amarillo de la capa gnd - gnd de la línea de señal VCC - S1 del electrodo positivo de C1 - ic1 - L2 - R1 - ic2 - a través del agujero - negativo del capacitor. 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 puede acoplarse fácilmente a interferencias externas. Si la señal es una señal de reloj como se muestra en la imagen, hay un conjunto de líneas de datos de 8 dígitos conectadas en paralelo, 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 a los valores absolutos de alto y bajo nivel de la fuente de interferencia, sino a la tasa de variación actual de la fuente de interferencia.