Progettazione PCB - Come risolvere il problema di riflessione SI della linea di trasmissione PCB

1. Cause dei problemi SI

Un problema SI comune è la riflessione, e sappiamo che le linee di trasmissione della scheda PCB hanno la proprietà di "impedenza caratteristica", che si verifica quando la "impedenza caratteristica" di diverse parti del collegamento di interconnessione non corrisponde.

Il problema di riflessione SI nella rappresentazione della forma d'onda del segnale è: upsurge/downsurge/ring, ecc.

La figura seguente mostra un tipico collegamento di interconnessione del segnale ad alta velocità. Il percorso di trasmissione del segnale comprende: 1. chip trasmettitore (pacchetto e PCB attraverso il foro)2. Cablaggio PCB della scheda bambino 3. Cablaggio PCB della scheda bambino 4. Cablaggio PCB del backplane 5. Connettore per schede peer 6. Cablaggio PCB della scheda peer 7. Capacità di accoppiamento AC 8. Chip ricevitore (pacchetto e PCB attraverso foro)

FIG 1. tipico collegamento di interconnessione del segnale ad alta velocità

Si può vedere che il collegamento di interconnessione del segnale ad alta velocità dei prodotti elettronici effettivi è relativamente complesso e la disallineazione di impedenza di solito si verifica nei punti di connessione di diversi componenti, con conseguente emissione del segnale.

discontinuità di impedenza comuni dei collegamenti interconnessi ad alta velocità:

(1) Imballaggio del chip: solitamente la larghezza del cablaggio del PCB nel substrato dell'imballaggio del chip è molto più sottile della scheda PCB ordinaria, il controllo dell'impedenza non è facile;

(2) PCB attraverso il foro: PCB attraverso il foro è solitamente effetto capacitivo, bassa impedenza caratteristica, la progettazione PCB dovrebbe prestare attenzione e ottimizzazione;

(3) connettore: la progettazione del collegamento di interconnessione in rame nel connettore dovrebbe essere simultaneamente influenzata sia dall'affidabilità meccanica che dalle prestazioni elettriche, in modo da cercare un equilibrio tra i due;

Il cablaggio PCB, d'altra parte, il controllo dell'impedenza è generalmente più facile di altri componenti interconnessi, concentrandosi sul design stratificato, sulla selezione della piastra, ma solitamente la tolleranza di controllo dell'impedenza di fabbrica del bordo di elaborazione PCB è del 10%, per ottenere il controllo della tolleranza di impedenza del 5-8% richiede spesso costi di elaborazione più elevati.

2. Teoria di base della riflessione della linea di trasmissione

Quando un driver aggiunge un segnale a una linea di trasmissione, l'ampiezza del segnale dipende dalla tensione e dalla resistenza del driver e dall'impedenza della linea. La tensione iniziale sul driver è controllata dividendo la tensione tra la propria resistenza e l'impedenza della linea di trasmissione.

Il diagramma seguente descrive la forma d'onda iniziale applicata a una lunga linea di trasmissione. La tensione iniziale Vi viene trasmessa alla linea di trasmissione fino a raggiungere la fine. L'ampiezza di Vi è determinata dalla tensione parziale della resistenza del conducente e dall'impedenza della linea di trasmissione:

FIG 2. Propagazione della forma d'onda del segnale in linea di trasmissione lunga

Se l'estremità della linea di trasmissione è terminata da un'impedenza e questa impedenza corrisponde all'impedenza della linea, il segnale di ampiezza Vi sarà terminato al suolo e la tensione Vi rimarrà in linea fino a quando la sorgente è commutata. In questo caso Vi è dc allo stato stazionario. In caso contrario, se l'impedenza alla fine della linea di trasmissione non è l'impedenza caratteristica della linea, parte del segnale finisce a terra e il resto del segnale sarà riflesso indietro alla linea di trasmissione alla sorgente. La quantità di segnale riflesso indietro è determinata dal coefficiente di riflessione, che è determinato dal rapporto tra la tensione riflessa e la tensione di ingresso in un dato punto. Questo punto è definito come discontinuità di impedenza sulla linea di trasmissione. Le discontinuità di impedenza possono essere parte di una linea di trasmissione con diverse impedenze caratteristiche, oppure possono essere la resistenza finale o l'impedenza di ingresso al buffer del chip.

dove Z0 è l'impedenza standard della linea di trasmissione e ZT è l'impedenza di un punto discontinuo sulla linea di trasmissione.

L'equazione presuppone che il segnale trasmesso sulla linea di trasmissione con impedenza caratteristica Z0 incontri impedenza discontinua ZT. Nota che se Z0=ZT, il coefficiente di riflessione è 0, il che significa che non c'è riflessione. Il caso in cui Z0 è uguale a ZT è chiamato estremità abbinata.

Come mostrato nella figura seguente, quando la forma d'onda in ingresso è terminata con ZT, parte del segnale Viρ viene riflessa alla sorgente e aggiunta alla forma d'onda in ingresso, l'ampiezza dell'intera forma d'onda del segnale in ingresso è Viρ+Vi. La parte riflessa può produrre un'altra riflessione dalla fonte e la riflessione e la riflessione continuano fino a quando la linea di trasmissione non è stabile.

FIG 3. Riflessione del segnale in caso di disallineamento di impedenza

Quando la linea di trasmissione è completamente abbinata, cortocircuita e aperta, il coefficiente di riflessione è indicato come figura seguente:

FIG 4. Coefficienti di riflessione di (a) terminale (b) corto circuito (c) circuito aperto

Nell'applicazione pratica del collegamento di interconnessione, non c'è linea di trasmissione ideale, è impossibile corrispondere esattamente, quindi la riflessione del segnale è necessariamente esistente, il design PCB della chiave sta nel modo di interconnettere le parti dei collegamenti dell'impedenza cercare di restringere il divario, in modo da ridurre l'ampiezza del segnale di riflessione, evitare effetti letali di riflessione multipli sulla qualità del segnale.