Conception électronique - Quelques problèmes de diaphonie dans la conception de cartes PCB haute vitesse

Dans le domaine du développement rapide de la conception électronique aujourd'hui, la grande vitesse, la miniaturisation est devenue la tendance inévitable de la conception. Dans le même temps, des facteurs tels que l'augmentation de la fréquence du signal, la plus petite taille de la carte, l'augmentation de la densité de câblage et la diminution de l'épaisseur inter - couches due à l'augmentation du nombre de couches vont entraîner divers problèmes d'intégrité du signal. Par conséquent, lors de la conception d'un niveau de carte à grande vitesse, il est nécessaire de prendre en compte les problèmes d'intégrité du signal, de maîtriser la théorie de l'intégrité du signal, puis de guider et de valider la conception d'un PCB à grande vitesse. Parmi tous les problèmes d'intégrité du signal, la diaphonie est très courante. La diaphonie peut apparaître à l'intérieur de la puce, ou sur les cartes, les connecteurs, les boîtiers de puce et les câbles. Cet article analysera les causes de la diaphonie du signal dans la conception de cartes PCB à grande vitesse, ainsi que les méthodes de suppression et d'amélioration.

Génération de diaphonie

La diaphonie fait référence à l'effet du couplage électromagnétique sur les lignes de transmission adjacentes lorsqu'un signal est transféré sur un canal de transmission. Trop de diaphonie peut entraîner un mauvais déclenchement du circuit et empêcher le système de fonctionner correctement.

Un signal modifié, par example un signal de pas, se propage le long de la ligne de transmission de a à B et un signal de couplage est généré sur les lignes de transmission C à D. lorsque le signal modifié revient à un niveau continu stable, le signal de couplage cesse d'exister. Ainsi, la diaphonie ne se produit que lors d'un saut de signal, et plus le signal change rapidement, plus la diaphonie résultante est importante. La diaphonie peut être divisée en diaphonie à couplage capacitif (perturbation électromagnétique causée par un courant induit sur l'objet perturbé en raison d'une variation de tension de la source de perturbation) et diaphonie à couplage inductif (perturbation électromagnétique causée par une variation de courant de la source de perturbation). Dans lequel le signal de diaphonie généré par le condensateur de couplage peut être divisé sur le réseau de victimes en diaphonie directe et en diaphonie inverse SC, ces deux signaux ayant la même polarité; Le signal diaphonique généré par l'inductance de couplage est également divisé en diaphonie directe et diaphonie inverse SL. Ces deux signaux sont de polarités opposées.

La capacité mutuelle et l'inductance mutuelle sont toutes deux liées à la diaphonie, mais doivent être considérées séparément. Lorsque la voie de retour est un plan uniforme large, par example la plupart des lignes de transmission couplées sur une carte, les quantités de courant de couplage capacitif et de courant de couplage inductif sont sensiblement les mêmes. À ce stade, la quantité de diaphonie entre les deux doit être prédite avec précision. Si le milieu du signal parallèle est fixe, c'est - à - dire dans le cas d'une ligne à ruban, la diaphonie directe induite par le couplage de l'inductance et du condensateur est sensiblement égale et s'annule l'une l'autre, il suffit donc de considérer la diaphonie inverse. Si le milieu du signal parallèle n'est pas fixe, c'est - à - dire dans le cas d'une ligne microruban, la diaphonie directe induite par l'inductance de couplage est supérieure à la diaphonie directe induite par la capacité de couplage lorsque la longueur parallèle augmente. La diaphonie des signaux parallèles dans la couche interne est donc supérieure à la diaphonie dans la couche superficielle. La diaphonie des signaux parallèles est faible.

Analyse et inhibition de la diaphonie

L'ensemble du processus de conception de PCB à grande vitesse comprend des étapes telles que la conception de circuits, la sélection de puces, la conception schématique, la mise en page de PCB et le câblage. Il est nécessaire de détecter la diaphonie dans les différentes étapes et de prendre des mesures pour la supprimer afin de réduire les interférences.

Calcul de la diaphonie

Le calcul de la diaphonie est très difficile. Trois facteurs principaux influencent l'amplitude du signal de diaphonie: le degré de couplage entre les traces, l'espacement des traces et la fin des traces. Distribution du courant le long de la ligne microruban sur les trajets avant et arrière. La distribution de courant entre la trace et le plan (ou entre la trace et la trace) est une co - Impédance qui provoquera un couplage mutuel dû à la diffusion du courant, et la densité de courant de crête est située juste en dessous du Centre de la trace et juste en dessous de la trace; les deux côtés de la trace sont rapidement atténués vers la terre.

Lorsque la distance entre la trace et le plan est importante, la surface de boucle entre le chemin aller et le chemin retour augmente, de sorte que l'inductance de la carte PCB proportionnelle à la surface de boucle augmente. Les équations suivantes décrivent la distribution de courant optimale qui minimise toute l'inductance de boucle formée par les chemins de courant avant et arrière. Le courant qu'il décrit minimise également l'énergie totale stockée dans le champ magnétique autour de la trajectoire du signal.