Technologie PCB - Chemin de retour pour circuit haute vitesse PCB

Dans le schéma d'un circuit numérique PCB, la propagation d'un signal numérique se fait d'une porte logique à l'autre. Les signaux sont envoyés de la sortie à la réception par des fils électriques. Il semble couler dans une direction. De nombreux ingénieurs numériques pensent que les chemins de circuit ne sont pas pertinents. Après tout, les conducteurs et les récepteurs sont désignés comme des dispositifs à mode de tension, alors pourquoi prendre en compte le courant.

En fait, la théorie de base des circuits nous dit que les signaux se propagent par courant électrique. Plus précisément, c'est le Mouvement des électrons. Une caractéristique du flux d'électrons est que les électrons ne restent jamais nulle part. Ils doivent revenir où que le courant circule. Ainsi, un courant circule toujours dans la boucle et tout signal dans le circuit est présent en boucle fermée. Pour la transmission de signaux haute fréquence, il s'agit en fait du processus de charge d'un condensateur diélectrique pris en sandwich entre la ligne de transmission et la couche continue.

Impact du soudage par retour PCB

Les circuits numériques s'appuient généralement sur la terre et le plan d'alimentation pour compléter le retour. Les voies de retour des signaux haute fréquence et basse fréquence sont différentes. Pour le retour du signal basse fréquence, le chemin avec la plus faible impédance est choisi et pour le retour du signal haute fréquence, le chemin avec la plus faible inductance est choisi.

Lorsque le courant commence dans le conducteur de signal, traverse la ligne de signal et est injecté à l'extrémité de réception du signal, il y a toujours un courant de retour dans le sens inverse: à partir de la broche de masse de la charge, à travers le plan de cuivre, vers la source de signal, le courant circulant sur la ligne de signal forme une boucle fermée. La fréquence du bruit provoqué par le courant traversant le plan revêtu de cuivre est égale à la fréquence du signal. Plus la fréquence du signal est élevée, plus la fréquence du bruit est élevée. La porte logique ne répond pas au signal d'entrée absolu, mais à la différence entre le signal d'entrée et la broche de référence. Le circuit de terminaison monopoint réagit à la différence entre le signal d'entrée et son plan logique de référence de masse, de sorte que les interférences sur le plan de référence de masse et sur le trajet du signal sont tout aussi importantes.

Carte de circuit imprimé haute vitesse

La porte logique répond à la fois à la broche d'entrée et à la broche de référence spécifiée, et nous ne savons pas laquelle est la broche de référence spécifiée (généralement négative pour TTL, généralement positive pour ECL, mais pas toutes). En ce qui concerne cette caractéristique, la capacité d'anti - interférence du signal différentiel peut avoir un bon effet sur le bruit de rebond de la terre et le glissement du plan d'alimentation.

Lorsque de nombreux signaux numériques sur une carte PCB sont commutés de manière synchrone (comme le bus de données CPU, le bus d'adresses, etc.), cela provoque un courant de charge transitoire de l'alimentation vers le circuit ou du circuit vers la ligne de masse, et en raison de la présence de la ligne d'alimentation et de la ligne de masse, l'impédance crée un bruit de commutation synchrone (SSN) et un bruit de rebond du plan de masse (appelé rebond de masse) apparaît également sur la ligne de masse. Lorsque la zone environnante des lignes d'alimentation et de mise à la terre sur une carte de circuit imprimé est grande, leur énergie rayonnée est également plus grande. Nous avons donc analysé l'état de commutation de la puce numérique et pris des mesures pour contrôler le mode de retour afin de réduire la zone environnante. Zone, dans le but de rayonner au minimum.

Ic1 est la sortie du signal, ic2 est l'entrée du signal (pour simplifier le modèle PCB, on suppose que la réception contient une résistance aval) et la troisième couche est la couche de masse. La mise à la terre de ic1 et ic2 provient du troisième plan de masse. Le coin supérieur droit de la couche top est un plan d'alimentation connecté au pôle positif de l'alimentation. C1 et C2 sont des condensateurs de découplage de ic1 et ic2 respectivement. Les broches d'alimentation et de masse de la puce représentée sur les figures sont celles des extrémités d'émission et de réception du signal.

À basse fréquence, si la borne S1 délivre un niveau haut, l'ensemble de la boucle de courant est que l'alimentation est connectée au plan d'alimentation VCC par des fils, puis entre dans ic1 par le chemin orange, puis sort de la borne S1 et entre dans ic2 par la deuxième couche de fils de la borne R1. Ensuite, entrez dans la couche GNd et revenez au pôle négatif de l'alimentation par le chemin rouge.

À haute fréquence, les caractéristiques de distribution du PCB peuvent avoir un impact important sur le signal du PCB. Les échos terrestres dont nous parlons souvent sont des problèmes fréquemment rencontrés dans les signaux à haute fréquence. Lorsque le courant dans la ligne de signal de S1 à R1 augmente, le champ magnétique externe change rapidement, ce qui induit un courant inverse dans les conducteurs à proximité. Si le plan de sol de la troisième couche est un plan de sol complet, le courant indiqué par les lignes bleues pointillées sera généré sur le plan de sol. Si la couche top a un plan d'alimentation complet, il y aura également un reflux le long des lignes bleues pointillées sur la couche top. A ce moment, la boucle de courant de la boucle de signal est minimale, l'énergie rayonnée vers l'extérieur est minimale et la capacité de couplage des signaux externes est minimale. (l'effet de chimiotaxie à haute fréquence est également le moins d'énergie rayonnée vers l'extérieur, le principe est le même)

Comme le niveau du signal haute fréquence et le courant du PCB changent rapidement, mais avec des périodes de variation courtes, l'énergie requise n'est pas très importante, de sorte que la puce est alimentée par le condensateur de découplage le plus proche de la puce. Lorsque C1 est suffisamment grand et que la réponse est suffisamment rapide (sa valeur esr est très faible et on utilise généralement un condensateur en céramique dont l'esr est bien inférieur à celui d'un condensateur en tantale), on peut considérer que le chemin orange de la couche supérieure et le chemin rouge de la couche GNd sont absents.

Ainsi, dans l'environnement construit, tout le chemin du courant PCB est: du positif de C1 - de la ligne de signal de VCC - S1 - L2 - R1 de ic1 - du chemin jaune de la couche GNd - GNd de ic2 - du via - de l'électrode négative du condensateur. On voit qu'il existe un courant équivalent brun dans la direction verticale du courant PCB et qu'un champ magnétique est induit au milieu. En même temps, ce Tore est facilement couplé à des perturbations extérieures. Si le signal est un signal d'horloge tel que représenté, il y a un ensemble de lignes de données parallèles de 8 bits, alimentées par la même source d'alimentation du même PCB, avec le même chemin de retour de courant.

Si le niveau de la ligne de données est inversé simultanément dans le même sens, un grand courant inverse sera induit par l'horloge. Si les lignes d'horloge ne correspondent pas bien, cette diaphonie est suffisante pour avoir un effet fatal sur le signal d'horloge. L'intensité de cette diaphonie n'est pas directement proportionnelle à la valeur absolue du niveau haut et bas de la source d'interférence, mais au taux de variation actuel de la source d'interférence.