Tecnología de PCB - Retorno de señales y División cruzada en PCB de alta velocidad

¿¿ cuál es el retorno de la señal y la División cruzada en el PCB de alta velocidad?

El ic1 es el terminal de salida de señal y el ic2 es el terminal de entrada de señal (para simplificar el modelo PCB ww.pcblx.com, suponiendo que el terminal receptor contenga una resistencia conectada a continuación), la tercera capa es la formación de tierra. Tanto el ic1 como el ic2 están conectados a tierra desde el tercer plano de tierra. La esquina superior derecha de la planta 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 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, luego sale del terminal s1 y entra en el ic2 a lo largo del segundo 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.

Sin embargo, a alta frecuencia, las características de distribución de la placa de PCB tendrán un gran impacto en la señal. 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 del tercer nivel es un plano del suelo completo, habrá una corriente puntual azul en el plano del suelo; Si hay un plano de alimentación completo en la planta superior, también habrá una línea azul en la planta superior. Retorno puntual. 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 principio es el mismo.) debido a que el nivel de señal de alta frecuencia y la corriente cambian rápidamente, pero el ciclo de cambio es corto y la energía necesaria no es muy grande, por lo que el chip está alimentado por el capacitor de desacoplamiento más cercano al chip. Cuando el C1 es lo suficientemente grande y la respuesta es lo suficientemente rápida (su valor ESR es muy bajo, generalmente se utilizan condensadores cerámicos. el ESR de los condensadores cerámicos es mucho menor que el de los condensadores de tantalio)., La ruta naranja en la planta superior y la ruta Roja en la capa gnd pueden considerarse inexistentes (existe una corriente correspondiente a la fuente de alimentación de toda la placa, pero no a la señal mostrada en la imagen).

Por lo tanto, según el entorno de la estructura en la imagen, Toda la ruta de la corriente es: desde el polo positivo de C1 - "vcc de ic1" - línea de señal "s1 -" L2 - "gnd de R1 -" ic2 - "a través -" a través de la ruta amarilla de la capa gnd - "a través - "Negativo para condensadores. se puede ver que hay una corriente equivalente marrón en la dirección vertical de la corriente, y al mismo tiempo en el centro, este anillo puede acoplarse fácilmente a interferencias externas. si la señal en la imagen es una señal de reloj, hay un conjunto de líneas de datos paralelas de 8 bits alimentadas por la misma fuente de alimentación del mismo chip, 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. Para cargas de Resistencia pura, la corriente de conversación cruzada es proporcional a di / DT = DV / (t10% - 90% * r). En la fórmula, di / DT (tasa de variación de corriente), DV (amplitud de oscilación de la fuente de interferencia) y R (carga de la fuente de interferencia) se refieren a los parámetros de la fuente de interferencia (si se trata de carga capacitiva, di / DT es el mismo que t10% - 90% cuadrado inverso. ). Como se puede ver en la fórmula, la conversación cruzada de la señal de baja velocidad no es necesariamente menor que la conversación cruzada de la señal de alta velocidad. Esto es lo que llamamos: la señal de 1khz no es necesariamente una señal de baja velocidad, debemos considerar la situación del borde de manera integral. Para las señales con bordes empinados, contiene una gran cantidad de componentes armónicos y tiene una gran amplitud en cada punto de duplicación de frecuencia. Por lo tanto, también debe prestar atención a la hora de elegir el dispositivo. No elija ciegamente chips que cambien rápidamente. No solo es costoso, sino que también aumenta los problemas de comentarios cruzados y emc.

Cualquier plano de potencia adyacente u otro plano, siempre que haya condensadores adecuados en ambos extremos de la señal para proporcionar una ruta de baja reactancia al gnd, entonces el plano puede usarse como el plano de retorno de la señal. En aplicaciones normales, la fuente de alimentación Io del chip correspondiente se utiliza generalmente para recibir y enviar, y suele haber condensadores de desacoplamiento de 0,01 - 0,1uf entre cada fuente de alimentación y el suelo, y estos condensadores también están en ambos extremos de la señal, por lo que el efecto de retorno del plano de alimentación es solo superado por el plano del suelo. Sin embargo, si otros planos de potencia se utilizan para el retorno, generalmente no hay una ruta de baja reactancia al suelo en ambos extremos de la señal. De esta manera, la corriente inducida en el plano adyacente encontrará el capacitor más cercano y regresará al suelo. Si el "capacitor más cercano" se aleja del punto de partida o final, el eco tendrá que recorrer largas distancias para formar una ruta completa de eco, que también es la ruta de eco de las señales adyacentes y el mismo flujo de eco. el impacto de la interferencia de la carretera y el suelo público es el mismo, lo que equivale a una conversación cruzada entre las señales.

Para algunas situaciones inevitables de desviación de energía cruzada, puede conectar condensadores o filtros de paso alto formados por condensadores o series RC en ambos extremos de la desviación (como condensadores 680p de cadena de resistencia de 10 ohm). El valor específico depende de su propio tipo de señal, es decir, proporciona una ruta de retorno de PCB de alta frecuencia, mientras aísla las conversaciones cruzadas de baja frecuencia entre los planos mutuos). Esto puede implicar la adición de condensadores entre los planos de la fuente de alimentación, lo que puede parecer un poco interesante, pero definitivamente funciona. Si algunas especificaciones no lo permiten, se pueden llevar los dos planos de la División al suelo por separado.

En el caso de pedir prestado otros planos para el retorno, es mejor agregar varios pequeños condensadores al suelo en ambos extremos de la señal para proporcionar una ruta de retorno. Pero este método a menudo es difícil de lograr. Porque la mayor parte del espacio superficial cerca del terminal está ocupado por resistencias de emparejamiento y condensadores de desacoplamiento del chip.