Technologie PCB - Retour de signal et segmentation croisée dans les PCB haute vitesse

Qu'est - ce que le retour de signal et la segmentation croisée dans un PCB haute vitesse?

Ic1 est la borne de sortie du signal, ic2 est la borne d'entrée du signal (pour simplifier le modèle PCB ww.pcblx.com, on suppose que la borne de réception contient une résistance connectée ci - dessous), 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 supérieure est un plan d'alimentation qui est 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.

En 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 le fil, puis entre dans ic1 par le chemin orange, puis sort de la borne S1 et entre dans ic2 par la borne R1 le long du deuxième niveau de fil. Ensuite, entrez dans la couche GNd et revenez au pôle négatif de l'alimentation par le chemin rouge.

Mais à haute fréquence, les caractéristiques de distribution de la carte PCB peuvent avoir un impact important sur le signal. 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 augmente de S1 à R1, le champ magnétique externe change rapidement, ce qui induit un courant inverse dans le conducteur voisin. Si le plan de sol de la troisième couche est un plan de sol complet, il y aura un courant de point bleu sur le plan de sol; Si le niveau supérieur a un plan d'alimentation complet, le niveau supérieur aura également une ligne bleue. Reflux ponctuel. 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 cutané à haute fréquence est également la plus petite énergie rayonnée vers l'extérieur, le principe est le même.) parce que le niveau du signal haute fréquence et le courant changent rapidement, mais la période de changement est très courte et l'énergie requise n'est pas très grande, 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, on utilise généralement des condensateurs en céramique dont l'esr est bien inférieur à celui des condensateurs en tantale), Le chemin orange sur la couche supérieure et le chemin rouge sur la couche GNd peuvent être considérés comme inexistants (présence d'un courant correspondent à l'alimentation de l'ensemble de la carte, mais pas au signal représenté sur la figure).

Ainsi, selon l'environnement construit sur la figure, Tout le chemin du courant est: du pôle positif de C1 - "VCC de ic1" - "S1 -" ligne de signal L2 - "R1 -" GNd de ic2 - "via -" chemin jaune de la couche GNd - "via - "Condensateur négatif.on voit qu'il y a un courant équivalent brun dans la direction verticale du courant, et en même temps au milieu, cet anneau circulaire peut être facilement couplé à des interférences extérieures.si le signal sur la figure est un signal d'horloge, il y a un ensemble de lignes de données de 8 bits en parallèle, alimenté par la même source d'alimentation de la même puce, et Le chemin de retour du courant est le même. 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 mortel sur le signal d'horloge. L'intensité de cette diaphonie n'est pas directement proportionnelle aux valeurs absolues des niveaux haut et bas de la source d'interférence, mais au taux de variation actuel de la source d'interférence. Pour une charge purement résistive, le courant de diaphonie est proportionnel à di / DT = DV / (T10% - 90% * r). Dans la formule, di / DT (taux de variation du courant), DV (amplitude d'oscillation de la source d'interférence) et R (charge de la source d'interférence) font tous référence aux paramètres de la source d'interférence (di / DT est identique à T10% s'il s'agit d'une charge Capacitive - un carré plat de 90% est inversement proportionnel). ). Il ressort de la formule que la diaphonie du signal à basse vitesse n'est pas nécessairement inférieure à celle du signal à grande vitesse. C'est ce que nous disons: un signal de 1 kHz n'est pas nécessairement un signal à basse vitesse, nous devons considérer le cas des bords de manière synthétique. Pour les signaux à bords raides, il contient un grand nombre de composantes harmoniques et présente une grande amplitude à chaque point de multiplication. Par conséquent, vous devez également faire attention lors du choix de votre appareil. Ne choisissez pas aveuglément une puce qui commute rapidement. Non seulement le coût est élevé, mais il augmente également les problèmes de diaphonie et de CEM.

Tout plan de puissance adjacent ou autre plan pouvant servir de plan de retour à ce signal, à condition qu'il y ait des condensateurs appropriés aux deux extrémités du signal pour fournir le chemin de faible réactance au GNd. Dans les applications normales, les alimentations respectives de la puce io sont généralement utilisées pour la réception et l'émission, et il y a généralement des condensateurs de découplage de 0,01 - 0,1 µF entre chaque alimentation et la masse, et ces condensateurs sont également aux deux extrémités du signal, de sorte que l'effet de retour du plan d'alimentation est secondaire au plan de masse. Cependant, si d'autres plans de puissance sont utilisés pour le reflux, il n'y a généralement pas de chemin de faible réactance à la masse aux deux extrémités du signal. De cette façon, le courant induit dans le plan adjacent trouvera la capacité la plus proche et retournera à la masse. Si le "condensateur le plus proche" est éloigné du point de départ ou de la fin, l'écho devra parcourir une grande distance pour former un chemin d'écho complet, qui est également le chemin d'écho du signal voisin et le même flux d'écho. L'effet des perturbations de la route et du sol commun est le même, ce qui équivaut à une diaphonie entre les signaux.

Pour certaines situations inévitables de dérivation d'alimentation croisée, vous pouvez connecter un condensateur ou un filtre passe - haut (comme un condensateur 680p série de résistance de 10 ohms) formé par un condensateur ou RC en série aux extrémités de la dérivation. La valeur exacte dépend de votre propre type de signal, c'est - à - dire qu'il fournit un chemin de retour PCB haute fréquence tout en isolant la diaphonie basse fréquence entre les plans mutuels). Cela peut impliquer la question de l'ajout de condensateurs entre les plans d'alimentation, ce qui peut sembler un peu intéressant, mais cela fonctionne certainement. Si certaines spécifications ne le permettent pas, il est possible d'amener séparément les deux plans de la partition au sol.

Dans le cas où d'autres plans sont empruntés pour le retour, il est préférable d'ajouter plusieurs petits Condensateurs à la masse aux deux extrémités du signal pour fournir le chemin de retour. Mais cette approche est souvent difficile à mettre en œuvre. Car la majeure partie de l'espace de surface à proximité des bornes est occupée par les résistances d'adaptation et les condensateurs de découplage de la puce.