Dati PCB - Reflow del segnale e cross-segmentation in scheda PCB ad alta velocità

Regarding the signal return and cross-segmentation in high-speed Scheda PCB, uno "scenario" è semplicemente costruito qui, e il ritorno a terra, Il ritorno di potenza e alcuni problemi di segmentazione incrociata sono introdotti insieme alla figura seguente. Per la comodità di disegnare, la spaziatura dei livelli è ingrandita.

IC1 è il terminale di uscita del segnale, IC2 is the signal input terminal (to simplify the Scheda PCB modello, it is assumed that the receiving terminal contains a lower connection resistance). Il terzo strato è lo strato di terra. Entrambi i terreni IC1 e IC2 provengono dal terzo piano di terra. L'angolo superiore destro dello strato superiore è un piano di potenza, che è collegato al polo positivo dell'alimentazione elettrica. C1 e C2 sono i condensatori di disaccoppiamento di IC1 e IC2, rispettivamente. L'alimentazione elettrica e i perni di terra del chip mostrati nella figura sono l'alimentazione elettrica e la terra dei terminali di segnale di trasmissione e ricezione. A bassa frequenza, se il terminale S1 emette un livello elevato, l'intero ciclo corrente è che l'alimentazione elettrica è collegata al piano di alimentazione VCC attraverso il cavo, e poi entra in IC1 attraverso il percorso arancione, poi esce dal terminale S1, ed entra in IC2 attraverso il terminale R1 lungo il secondo strato di filo. Quindi inserire lo strato GND e tornare al polo negativo dell'alimentazione elettrica attraverso il percorso rosso.

Tuttavia, ad alte frequenze, le caratteristiche di distribuzione presentate dal PCB avranno un grande impatto sul segnale. Il ritorno a terra che spesso diciamo è un problema che si incontra spesso nei segnali ad alta frequenza. Quando c'è una corrente aumentata nella linea di segnale da S1 a R1, il campo magnetico esterno cambia rapidamente, che induce una corrente inversa nel conduttore vicino. Se il piano di terra del terzo strato è un piano di terra completo, sul piano terra vi sarà una corrente contrassegnata da una linea tratteggiata blu; se il livello superiore ha un piano di potenza completo, Ci sarà anche una corrente sullo strato superiore lungo il reflow blu punteggiato. In questo momento, il ciclo di segnale ha un ciclo di corrente, l'energia irradiata verso l'esterno, e la capacità di accoppiare segnali esterni. (The skin effect at high frequencies also radiates energy outward, e il principio è lo stesso.)

Since the high-frequency signal level and current change rapidly, ma il periodo di cambiamento è breve, l'energia richiesta non è molto grande, Quindi il chip è alimentato dal condensatore di disaccoppiamento vicino al chip. When C1 is large enough and the response is fast enough (with very low ESR value, di solito si utilizzano condensatori ceramici. L'ESR dei condensatori ceramici è molto inferiore a quello dei condensatori al tantalio.), the orange path on the top layer and the red path on the GND layer can be It is regarded as non-existent (there is a current corresponding to the power supply of the whole board, but not the current corresponding to the signal shown in the figure).

Pertanto, secondo l'ambiente costruito nella figura, the entire path of the current is: from the positive pole of C1 -> VCC of IC1 -> S1 -> L2 signal line -> R1 -> GND of IC2 -> via hole -> $ of the GND layer Path -> Via -> Capacitor Negative. Si può vedere che c'è una corrente marrone equivalente nella direzione verticale della corrente, e un campo magnetico sarà indotto nel mezzo. Allo stesso tempo, Questo toro può anche essere facilmente accoppiato a interferenze esterne. Se il segnale nella figura è un segnale di orologio, c'è un gruppo di linee dati a 8 bit in parallelo, alimentato dallo stesso alimentatore dello stesso chip, e il percorso di ritorno corrente è lo stesso. Se le linee di dati vengono capovolte nella stessa direzione allo stesso tempo, una grande corrente inversa sarà indotta sull'orologio. Se le linee dell'orologio non sono ben abbinate, Questo crosstalk è sufficiente per avere un impatto fatale sul segnale dell'orologio. La forza di questo crosstalk non è proporzionale al livello della sorgente di interferenza, ma è proporzionale al tasso di variazione corrente della sorgente di interferenza. Per un carico puramente resistivo, la corrente trasversale è proporzionale a dI/dt=dV /( T10%-90%*R). Nella formula, dI/dt (current rate of change), dV (swing of the interference source) and R (interference source load) all refer to the parameters of the interference source (if it is a capacitive load, dI/dt è correlato a T10%- Il quadrato del 90% è inversamente proporzionale.). Si può vedere dalla formula che il crosstalk dei segnali a bassa velocità non è necessariamente inferiore a quello dei segnali ad alta velocità. Questo è quello che abbiamo detto: il segnale 1kHZ non è necessariamente un segnale a bassa velocità, e la situazione dei margini dovrebbe essere considerata in modo esauriente. Per un segnale con un bordo molto ripido, Contiene molte componenti armoniche e ha una grande ampiezza ad ogni punto di moltiplicazione della frequenza. Pertanto, Si dovrebbe anche prestare attenzione quando si seleziona i dispositivi. Non scegliere ciecamente chip con velocità di commutazione elevate, che non solo costerà alto, ma anche aumentare i problemi di crosstalk e EMC.

Qualsiasi piano di potenza adiacente o altro piano con condensatori adatti attraverso il segnale per fornire un percorso di bassa reattanza a GND può fungere da piano di ritorno per quel segnale. Nelle applicazioni ordinarie, I corrispondenti alimentatori IO chip per i ricetrasmettitori sono spesso gli stessi, e ci sono generalmente 0.01-0.Condensatori di disaccoppiamento 1uF tra i rispettivi alimentatori e il terreno, e questi condensatori sono anche ad entrambe le estremità del segnale, L'effetto di flusso di ritorno del piano di potenza è secondo solo al piano di terra. Quando si utilizzano altri piani di potenza per il flusso di ritorno, spesso non c'è un percorso a bassa reattività verso terra ad entrambe le estremità del segnale. In questo modo, la corrente indotta nel piano adiacente troverà la capacità più vicina a terra. Se il "condensatore vicino" è lontano dall'inizio o dalla fine, il flusso di ritorno deve passare attraverso un "lungo viaggio" per formare un percorso di ritorno completo, e questo percorso è anche il percorso di ritorno del segnale adiacente. Lo stesso flusso di ritorno L'effetto dell'interferenza del canale e del terreno comune è lo stesso, che equivale a crosstalk tra segnali.

Per alcune inevitabili situazioni di divisione incrociata, a high-pass filter (such as a 10-ohm resistor series 680p capacitor) can be connected across a capacitor or a RC series connection at the cross-segmented place. Il valore specifico dipende dal tuo tipo di segnale, Fornire un percorso di ritorno ad alta frequenza, but also to isolate low-frequency crosstalk between the mutual planes). Ciò potrebbe comportare l'aggiunta di condensatori tra i piani di potenza, che sembra un po' comico, ma certamente funziona. Se non è consentito da alcune specifiche, i condensatori possono essere portati a terra sui due piani allo split. In caso di prestito di altri aerei per il ritorno, alcuni piccoli condensatori possono essere opportunamente aggiunti al terreno ad entrambe le estremità del segnale per fornire un percorso di ritorno. Ma questo approccio è spesso difficile da raggiungere. Poiché la maggior parte dello spazio superficiale vicino al terminale è occupato dalla resistenza corrispondente e dal condensatore di disaccoppiamento del chip su Scheda PCB.