Technologie PCB - La conception de PCB contrôle - t - elle la diaphonie du système numérique?

1. Quelles sont les causes de la diaphonie?

Lorsqu'un signal se propage le long du câblage PCB, ses ondes électromagnétiques se propagent également le long du câblage, d'une extrémité de la puce de circuit intégré à l'autre extrémité de la ligne. Pendant la propagation, les ondes électromagnétiques produisent des tensions et des courants transitoires en raison de l'induction électromagnétique.

Les ondes électromagnétiques comprennent des champs électriques et magnétiques qui varient dans le temps. Dans les PCB, en effet, le champ électromagnétique n'est pas limité à divers câblages, une partie importante de l'énergie du champ électromagnétique est présente en dehors du câblage. Ainsi, s'il y a d'autres lignes à proximité, les champs électriques et magnétiques du signal affectent les autres lignes lorsqu'il se propage le long du fil. Selon l'équation de Maxwell, les champs électriques et magnétiques variables dans le temps provoquent la production de tension et de courant par les conducteurs adjacents. Ainsi, le champ électromagnétique qui accompagne le processus de propagation du signal provoque la génération d'un signal par les lignes voisines et donc la diaphonie.

2. Caractéristiques capacitives de la diaphonie directe

La diaphonie avant se manifeste par deux caractéristiques interconnectées: Capacitive et perceptuelle. Au fur et à mesure que le signal "Intrusion" avance, un signal de tension de même phase est généré dans la "victime". Ce signal est à la même vitesse que le signal "invasion", mais toujours avant "invasion". Cela signifie que le signal diaphonique ne se propage pas à l'avance, mais qu'il est couplé à plus d'énergie à la même vitesse qu'un signal « envahissant».

Comme les variations du signal "intrusif" conduisent à un signal diaphonique, les impulsions diaphoniques directes ne sont pas unipolaires, mais ont des polarités positives et négatives. La durée de l'impulsion est égale au temps de commutation du signal "Intrusion".

La capacité de couplage entre les fils détermine l'amplitude de l'impulsion diaphonique directe, la capacité de couplage étant déterminée par de nombreux facteurs tels que le matériau du PCB, les dimensions géométriques, l'emplacement des croisements de lignes, etc. l'amplitude est proportionnelle à la distance entre les lignes parallèles: plus la distance est longue, plus L'impulsion diaphonique est grande. Cependant, il y a une limite supérieure à l'amplitude des impulsions de diaphonie, car le signal "Intrusion" perd progressivement de l'énergie et la "victime" est à son tour couplée à l '"intrus".

Propriétés inductives de la diaphonie directe

Lorsqu'un signal "d'invasion" se propage, son champ magnétique variable dans le temps crée également une diaphonie: diaphonie avant avec propriétés inductives. Mais la diaphonie perceptuelle et la diaphonie Capacitive sont nettement différentes: la diaphonie perceptuelle avant est de polarité opposée à la diaphonie Capacitive avant. C'est parce que dans le sens direct, la partie Capacitive et la partie perceptuelle de la diaphonie sont en concurrence et s'annulent mutuellement. En effet, lorsque la diaphonie Capacitive directe et la diaphonie perçue sont égales, il n'y a pas de diaphonie directe.

Dans de nombreux dispositifs, la diaphonie vers l'avant est très faible, tandis que la diaphonie vers l'arrière devient un problème majeur, en particulier pour les cartes à longue bande, car le couplage capacitif est renforcé. Cependant, sans simulation, il est pratiquement impossible de savoir dans quelle mesure la diaphonie perceptuelle et Capacitive s'annule.

Si vous avez mesuré la diaphonie directe, vous pouvez déterminer si la trace est couplée Capacitive ou inductive en fonction de sa polarité. Si la polarité de la diaphonie est identique à celle du signal « intrusif », le couplage capacitif prédominera, sinon le couplage inductif prédominera. Dans les cartes PCB, le couplage inductif est généralement plus fort.

La théorie physique de la diaphonie ascendante est la même que celle de la diaphonie ascendante: les champs électriques et magnétiques variables dans le temps des signaux « envahissants » provoquent des signaux perceptuels et capacitifs chez les « victimes ». Mais il y a aussi des différences entre les deux.

La plus grande différence est la durée du signal de diaphonie inverse. Comme le sens et la vitesse de propagation des signaux de diaphonie avant et d '"Intrusion" sont identiques, la durée de la diaphonie avant est la même que celle de l' "Intrusion". Cependant, la diaphonie inverse et le signal "d'invasion" se propagent dans des directions opposées, ce qui le place derrière le signal "d'invasion" et provoque de longs trains d'impulsions.

Contrairement à la diaphonie directe, l'amplitude des impulsions de diaphonie inverse est indépendante de la longueur de la ligne et leur durée d'impulsion est deux fois plus longue que le temps de retard d'un signal "d'intrusion". Pourquoi? Supposons que vous observiez une diaphonie inverse depuis le début du signal. Lorsque le signal "invasion" s'éloigne du point de départ, il produit toujours une impulsion inverse jusqu'à ce qu'un autre signal retardé apparaisse. De cette façon, toute la durée de l'impulsion de diaphonie inverse est le double du temps de retard du signal "d'intrusion".

3. Réflexion de diaphonie inverse

Vous ne vous souciez peut - être pas des interférences diaphoniques entre la puce du conducteur et la puce du récepteur. Cependant, Pourquoi devriez - vous vous soucier des impulsions en arrière? Parce qu'une puce de commande est généralement une sortie à basse impédance, elle réfléchit plus de signaux diaphoniques qu'elle n'en absorbe. Lorsque le signal de diaphonie inverse atteint la puce de conduite de la « victime», il est réfléchi à la puce de réception. Comme la résistance de sortie de la puce de commande est généralement inférieure à celle du fil lui - même, il en résulte souvent une réflexion du signal diaphonique.

Contrairement aux signaux de diaphonie avant qui ont les deux propriétés d'inductance et de capacité, les signaux de diaphonie arrière n'ont qu'une seule polarité, de sorte que la diaphonie arrière ne peut pas être éliminée par elle - même. Le signal diaphonique inverse et le signal diaphonique réfléchi ont la même polarité que le signal "intrusif" dont l'amplitude est la somme de ces deux parties.

Gardez à l'esprit que lorsque vous mesurez une impulsion diaphonique inverse à la réception de la "victime", ce signal diaphonique est déjà réfléchi par la puce de commande de la "victime". Vous pouvez observer que la polarité du signal diaphonique inverse est opposée à celle du signal « intrusif ».

Dans la conception numérique, vous vous souciez souvent de certains indicateurs quantitatifs. Par exemple, quand et quand une diaphonie est générée, en avant ou en arrière, sa tolérance maximale au bruit est de 150 MV. Alors, y a - t - il un moyen facile de mesurer le bruit avec précision? La réponse simple est « non», car les effets du champ électromagnétique sont trop complexes et impliquent une série d'équations, la topologie de la carte, les propriétés analogiques de la puce, etc.

4. Élimination de diaphonie

Une méthode consiste à modifier un ou plusieurs paramètres géométriques affectant le couplage, tels que la longueur des lignes, la distance entre les lignes et la position hiérarchique de la carte. Une autre méthode consiste à utiliser des bornes pour changer une ligne unique en ligne de couplage multicanal. Avec une conception rationnelle, les terminaux multilignes peuvent éliminer la plupart de la diaphonie.

5. Longueur de la ligne

De nombreux concepteurs considèrent la réduction de la longueur de la ligne comme la clé pour réduire la diaphonie. En fait, presque tous les logiciels de conception de circuits offrent une fonction de contrôle de longueur de ligne parallèle maximale. Malheureusement, il est difficile de réduire la diaphonie simplement en changeant les valeurs géométriques.

Parce que la diaphonie avant est influencée par la longueur de couplage, la diaphonie diminue à peine lorsque la longueur d'une ligne sans relation de couplage est raccourcie. De plus, si la longueur de couplage dépasse le retard de temps de descente ou de montée de la puce pilote, la relation linéaire entre la longueur de couplage et la diaphonie avant atteindra une valeur de saturation. A ce stade, le raccourcissement d'une ligne de couplage déjà longue a peu d'effet sur la réduction de la diaphonie.

6. Difficulté d'isolement

Il n'est pas facile d'augmenter la distance entre les lignes de couplage. Si le câblage est très dense, beaucoup d'efforts doivent être dépensés pour réduire la densité de câblage. Si vous êtes préoccupé par les interférences diaphoniques, vous pouvez ajouter une ou deux couches d'isolation. Si vous devez élargir la distance entre les lignes ou les réseaux, vous feriez mieux d'avoir un logiciel facile à utiliser. La largeur et l'épaisseur du circuit affectent également les interférences diaphoniques, mais leur impact est beaucoup plus faible que le facteur de distance du circuit. Par conséquent, ces deux paramètres sont généralement rarement ajustés.

L'épaisseur du matériau diélectrique affecte les perturbations diaphoniques sur une grande longueur. En général, le fait de rapprocher la couche de câblage de la couche de puissance (VCC ou masse) permet de réduire les interférences diaphoniques. La valeur exacte de l'effet d'amélioration doit être déterminée par simulation.

7. Facteurs de stratification

Certains concepteurs de PCB ne prêtent toujours pas attention à l'approche hiérarchique, qui est une erreur majeure dans la conception de circuits à grande vitesse. La stratification affecte non seulement les performances telles que l'impédance, le retard et le couplage de la ligne de transmission, mais le fonctionnement du circuit est également sujet à des pannes et même à des variations. Par example, il n'est pas possible de réduire les perturbations diaphoniques en réduisant l'épaisseur diélectrique de 5 Mil, bien que cela soit possible en termes de coût et de procédé.

8. Armes mortelles

Malheureusement, de telles bornes sont coûteuses et ne peuvent pas être idéalement réalisées car l'impédance de couplage entre certaines lignes de transmission est trop faible, ce qui provoquerait un fort courant circulant dans la puce de pilotage. L'impédance entre la ligne de transmission et la masse ne doit pas être trop grande pour piloter la puce. Si vous rencontrez ces problèmes et que vous envisagez d'utiliser ce type de terminal, essayez d'ajouter des condensateurs à couplage AC.

Malgré quelques difficultés de mise en oeuvre, le terminal à matrice d'impédance reste une arme mortelle pour traiter la réflexion et la diaphonie du signal, en particulier dans des conditions difficiles. Dans d'autres contextes, cela peut ou non fonctionner, mais c'est toujours la méthode recommandée.