Technologie PCB - Étude d'intégrité du signal: comprendre les longueurs critiques, qu'est - ce que le rebond au sol?

Comprendre la longueur critique

Beaucoup de gens ont une idée très vague de la longueur critique d'une ligne sur un PCB, et même beaucoup de gens ne connaissent tout simplement pas ce concept. Si vous Concevez une carte à grande vitesse, mais ne connaissez pas le concept, vous pouvez être sûr que la carte finale ne fonctionnera probablement pas de manière stable., Mais vous êtes débogué et incapable de déboguer.

Les longueurs critiques sont très confuses dans l'industrie. Certains disent que c'est 3 pouces, d'autres disent 1 pouce. J'ai entendu beaucoup d'autres opinions, dont la plupart sont dues à une mauvaise compréhension du concept. Beaucoup de gens disent que si la piste est trop longue, elle provoque une réflexion du signal et si elle est courte, elle ne provoque pas de réflexion. Cette déclaration est très fausse, mélanger plusieurs concepts ensemble est comme une masse de boue. Alors qu'est - ce que la longueur critique, qu'est - ce que c'est et pourquoi devrions - nous faire attention à la longueur critique?

La meilleure façon de comprendre les longueurs critiques est de les analyser en termes de temps. Il faut un certain temps pour transmettre le signal sur la ligne de trace PCB. Le temps de transmission sur une carte fr4 normale est d'environ 6 pouces par nanoseconde. Bien sûr, les vitesses des trajectoires superficielles et internes sont légèrement différentes. Une réflexion du signal se produit lorsque l'impédance sur une trace change brusquement, indépendamment de la longueur de la trace. Cependant, si la trajectoire est courte, le signal réfléchi est retourné à la source avant que le signal source ne monte au niveau haut et le signal émis sera noyé dans le front montant et la forme d'onde du signal ne changera pas beaucoup. Si la trajectoire est longue et que le signal à l'émission a atteint un niveau haut alors que le signal réfléchi atteint l'extrémité source, le signal réfléchi se superposera à la position de niveau haut, provoquant une perturbation. La longueur de la piste a alors une valeur critique. S'il est supérieur à cette valeur, le signal de retour est superposé au niveau haut et s'il est inférieur à cette valeur, le signal réfléchi est noyé par un front montant. Cette valeur critique est la longueur critique. Notez que cette définition est très imprécise car un seul réflexe est pris en compte. C'est juste pour comprendre le concept.

Alors, quelle est la définition exacte? En pratique, la réflexion se produit plusieurs fois. Bien que le temps de retour du premier signal vers la source soit inférieur au temps de front montant du signal, les réflexions multiples suivantes se superposeront également à la position de niveau haut, provoquant une perturbation de la forme d'onde du signal. Une définition raisonnable de la longueur critique devrait alors être: la longueur de la trace qui permet de contrôler l'interférence du signal réfléchi dans une plage tolérable. Le temps aller - retour d'un signal de cette longueur est beaucoup plus court que le temps de montée du signal. Les données empiriques trouvées dans l'expérience sont que le signal produit une sonnerie prononcée lorsque le délai du signal sur la ligne de trace PCB est supérieur à 20% du front montant du signal. Pour un signal carré avec un temps de montée de 1 NS, le signal sonnera sévèrement lorsque la longueur de piste PCB est de 0,2 * 6 = 1,2 pouces ou plus. Donc, la longueur critique est de 1,2 pouces, environ 3 centimètres.

Vous l’avez peut - être remarqué, c’est le moment où le signal remonte! Encore une fois, le temps de montée du signal occupe une place importante dans la conception à grande vitesse.

Qu'est - ce qu'une bombe au sol

Par « rebond de masse », on entend la variation du niveau interne de « masse » de la puce par rapport au niveau de « masse » de la carte. En prenant comme référence la « Terre» de la carte, c'est comme si le niveau de « Terre» à l'intérieur de la puce battait constamment, d'où le nom figuratif de rebond de la terre. Lorsque la borne de sortie du dispositif a une transition d'état vers un autre état, le phénomène de rebond de masse va provoquer des bavures sur la borne d'entrée logique du dispositif.

Alors, comment la « bombe au sol» a - t - elle été créée?

Paramètres parasites. Le rebond de terre est causé par une inductance sur la broche.

Nous pouvons l'expliquer visuellement avec l'image ci - dessous. Les différentes positions du commutateur Q sur la figure représentent les deux états des sorties "0" et "1". Supposons que, du fait d'un changement d'état du circuit, l'interrupteur Q soit passant au niveau bas RL, que le condensateur de charge se décharge à la masse et que, lorsque la tension du condensateur de charge diminue, ses charges accumulées s'écoulent vers la masse, créant une forte surtension sur la boucle de masse. Au fur et à mesure que le courant de décharge s'accumule puis s'atténue, cette variation de courant agit sur l'inductance LG de la broche de masse, créant ainsi une certaine différence de tension entre la "masse" de la carte à l'extérieur de la puce et la masse à l'intérieur de la puce, comme représenté sur la figure vg. Cette dérive du potentiel de masse de référence interne à la puce provoquée par la conversion de sortie est un saut de masse.

La sortie de la puce a change, produisant un rebond au sol. Ceci a un impact sur la logique d'entrée de la puce A. la logique de réception compare la tension d'entrée à la tension de masse à l'intérieur de la puce pour déterminer l'entrée. Ainsi, vu de la logique de réception, c'est comme si le signal d'entrée lui - même superposait le même bruit que le bruit de rebond du sol.

Aujourd'hui, la taille des circuits intégrés est de plus en plus grande, la vitesse de commutation est en constante augmentation et si le contrôle n'est pas bon, le bruit de rebond de la terre peut affecter le fonctionnement du circuit. Il est donc nécessaire de comprendre en profondeur la notion de rebond au sol et d'étudier ses lois.