Technologie PCB - Moyens d'éviter l'impact des lignes de transmission PCB haute vitesse

Compte tenu de l'impact des problèmes de lignes de transmission PCB à haute vitesse, nous discuterons des moyens de contrôler ces effets de plusieurs façons.

1 contrôle strict de la longueur des câbles réseau clés

S'il existe des bords de transition à haute vitesse dans la conception, la question de l'impact de la ligne de transmission sur le PCB doit être prise en compte. Les puces de circuits intégrés rapides à très haute fréquence d'horloge couramment utilisées à l'heure actuelle présentent un tel problème. Il existe quelques principes de base qui peuvent résoudre ce problème: Si vous utilisez un circuit CMOS ou TTL pour la conception et que la fréquence de fonctionnement est inférieure à 10 MHz, la longueur de câblage ne doit pas dépasser 7 pouces. À une fréquence de 50 MHz, la longueur de câblage ne doit pas dépasser 1,5 pouce. Si la fréquence de fonctionnement atteint ou dépasse 75 MHz, la longueur de câblage doit être de 1 pouce. La longueur de câblage maximale de la puce GaAs doit être de 0,3 pouce. Si cette norme est dépassée, un problème de ligne de transmission se pose.

2 planification rationnelle de la topologie de câblage

Une autre façon de résoudre l'impact des lignes de transport PCB à grande vitesse est de choisir le bon chemin de câblage et la topologie de terminal. La topologie du câblage fait référence à l'ordre de câblage et à la structure de câblage des câbles réseau. Lors de l'utilisation d'un dispositif logique à grande vitesse, à moins que la longueur de la branche de trace ne reste courte, le signal à bords à variation rapide sera déformé par la trace de branche sur la piste de tronc de signal. Dans des circonstances normales, le câblage PCB utilise deux topologies de base, à savoir le câblage en chrysanthème et la distribution en étoile.

Pour le câblage en chrysanthème, le câblage commence à l'extrémité d'entraînement et arrive successivement à chaque extrémité de réception. Si vous utilisez une résistance série pour modifier les caractéristiques du signal, la résistance série doit être placée près de l'extrémité de conduite. Le câblage en chaînette chrysanthème a le meilleur effet en termes d'interférences harmoniques supérieures pour le câblage de contrôle. Cependant, cette méthode de câblage a le taux de distribution le plus bas et n'est pas facilement distribuée à 100%. Dans la conception réelle, nous rendons la longueur de la branche dans le câblage en chrysanthème aussi courte que possible. La valeur de la longueur de sécurité doit être: Stub Delay < = TRT * 0,1.

Par exemple, la longueur des extrémités de dérivation dans un circuit TTL haute vitesse devrait être inférieure à 1,5 pouce. Cette topologie prend moins de place pour le câblage et peut être terminée par une seule résistance. Cependant, cette structure de câblage est telle que la réception des signaux aux différentes extrémités de réception des signaux est asynchrone.

La topologie en étoile peut efficacement éviter les problèmes asynchrones avec les signaux d'horloge, mais il est très difficile de terminer le câblage manuellement sur une carte PCB haute densité. L'utilisation d'un routeur automatique est le meilleur moyen de terminer le câblage en étoile. Une résistance terminale est nécessaire sur chaque branche. La résistance de la résistance terminale doit correspondre à l'impédance caractéristique de la connexion. Cela peut être calculé manuellement ou via un outil de Cao pour les valeurs d'impédance caractéristique et les valeurs de résistance d'adaptation aux bornes.

Dans les deux exemples ci - dessus, on utilise une simple résistance terminale. En pratique, il est possible de choisir un terminal de correspondance plus complexe. La première option est un terminal RC correspondant. Les bornes d'adaptation RC peuvent réduire la consommation d'énergie, mais ne peuvent être utilisées que lorsque le signal est relativement stable. Cette méthode est la mieux adaptée pour adapter le signal de ligne d'horloge. L'inconvénient est que la capacité dans les bornes d'adaptation RC peut affecter la forme et la vitesse de propagation du signal.

La mise en série de bornes d'adaptation de résistance ne crée pas de consommation d'énergie supplémentaire, mais ralentit la transmission du signal. Cette méthode est utilisée dans les circuits de pilotage de bus où la temporisation a peu d'effet. L'avantage d'avoir des bornes d'adaptation de résistance en série est qu'il est possible de réduire le nombre d'appareils embarqués et la densité de câblage.

La dernière méthode consiste à séparer les terminaux correspondants. De cette manière, la pièce correspondante doit être placée à proximité de l'extrémité de réception. L'avantage est qu'il ne dégrade pas le signal et évite bien le bruit. Il est généralement utilisé pour les signaux d'entrée TTL (Act, hct, FAST).

En outre, le type de boîtier et le type de montage de la résistance d'adaptation de borne doivent également être pris en compte. En général, les résistances montées en surface SMD ont une inductance plus faible que les éléments traversants, de sorte que les éléments encapsulés SMD deviennent préférés. Si vous choisissez une résistance en ligne normale, il existe également deux options de montage: verticale et horizontale.

En mode de montage vertical, l'une des broches de montage de la résistance est très courte, ce qui peut réduire la résistance thermique entre la résistance et la carte, ce qui facilite la dissipation de la chaleur de la résistance dans l'air. Cependant, un montage vertical plus long augmente l'inductance de la résistance. L'installation horizontale a une inductance inférieure en raison de l'installation inférieure. Cependant, la résistance à la surchauffe peut dériver. Dans le pire des cas, la résistance deviendra un circuit ouvert, ce qui entraînera l'échec de l'appariement du terminal de trace PCB et deviendra un facteur de défaillance potentiel.

3 méthodes de suppression des interférences électromagnétiques

Une bonne solution au problème de l'intégrité du signal améliorera la compatibilité électromagnétique (CEM) de la carte PCB. Un des points très importants est de s'assurer que la carte PCB a une bonne mise à la terre. Pour les conceptions complexes, l'utilisation d'une couche de signal avec une couche de terre est très efficace. En outre, minimiser la densité du signal dans la couche la plus externe de la carte est également un bon moyen de réduire le rayonnement électromagnétique. Cette approche peut être mise en œuvre en « construisant » la conception et la fabrication de PCB en utilisant la technologie de « couche de surface ». Les couches de surface sont réalisées en ajoutant une combinaison de couches isolantes minces et de micropores pour pénétrer dans ces couches sur un PCB de procédé commun. La résistance et la capacité peuvent être enterrées sous la couche superficielle et la densité des traces par unité de surface doublera presque. Réduire la taille du PCB. La réduction de la surface du PCB a un impact énorme sur la topologie des traces, ce qui implique une diminution des boucles de courant, une diminution de la longueur des traces de dérivation et un rayonnement électromagnétique approximativement proportionnel à la surface des boucles de courant; Dans le même temps, les caractéristiques de la petite taille signifient que le dispositif peut être encapsulé en utilisant une densité élevée de broches, ce qui réduit la longueur du fil, ce qui réduit les boucles de courant et améliore les caractéristiques de compatibilité électromagnétique.

4 autres technologies disponibles

Afin de réduire les dépassements instantanés de tension sur l'alimentation de la puce de circuit intégré, un condensateur de découplage doit être ajouté à la puce de circuit intégré. Cela permet d'éliminer efficacement l'impact des bavures sur l'alimentation électrique et de réduire le rayonnement de la boucle d'alimentation sur la carte imprimée.

Le lissage des bavures fonctionne mieux lorsque les condensateurs de découplage sont connectés directement aux broches de puissance du circuit intégré plutôt qu'à la couche de puissance. C'est pourquoi certaines prises d'équipement ont des condensateurs de découplage, tandis que d'autres exigent que la distance entre la capacité de découplage et l'équipement soit suffisamment faible.

Tout équipement à haute vitesse et à haute puissance doit être assemblé autant que possible pour réduire les dépassements transitoires de la tension d'alimentation.

S'il n'y avait pas de couche d'alimentation, une longue connexion d'alimentation créerait une boucle entre le signal et la boucle, devenant une source de rayonnement et un circuit sensible.

Le cas où une trace de PCB forme une boucle qui ne traverse pas le même câble réseau ou d'autres traces est appelé boucle ouverte. Si la boucle traverse d'autres fils d'un même câble réseau, elle constitue une boucle fermée. Dans les deux cas, un effet d'antenne (antenne filaire et antenne annulaire) se forme. L'antenne génère un rayonnement EMI à l'extérieur et est elle - même un circuit sensible. La boucle fermée est une question qui doit être prise en compte, car le rayonnement qu'elle produit est approximativement proportionnel à la surface de la boucle fermée.