Dati PCB - Problema ad alta velocità dell'effetto della linea di trasmissione di progettazione della scheda PCB

Il processo di alta velocità Scheda PCB progettazione, a causa dell'effetto della linea di trasmissione, porterà ad alcuni problemi di integrità del segnale. Come affrontarlo? Ecco quattro punti da condividere con voi:

1. controllare rigorosamente la lunghezza dei cavi di rete chiave

Se ci sono bordi di transizione ad alta velocità nella progettazione, deve essere considerato il problema degli effetti della linea di trasmissione sul PCB. Questo problema è ancora più presente nei circuiti integrati veloci con frequenze di clock molto alte che sono comunemente utilizzati oggi. Ci sono alcuni principi di base per risolvere questo problema: se i circuiti CMOS o TTL sono utilizzati per la progettazione, la frequenza di funzionamento è inferiore a 10MHz e la lunghezza del cablaggio non dovrebbe essere superiore a 7 pollici. Frequenza di funzionamento a 50MHz, la lunghezza del cablaggio non dovrebbe essere superiore a 1,5 pollici. Se la frequenza di funzionamento raggiunge o supera 75MHz, la lunghezza del cablaggio dovrebbe essere entro 1 pollice. La lunghezza del cablaggio per i chip GaAs dovrebbe essere di 0,3 pollici. Se si supera questo standard, c'è un problema con la linea di trasmissione.

2. Pianificare ragionevolmente la topologia delle tracce

Un altro modo per affrontare gli effetti della linea di trasmissione è scegliere il percorso di routing corretto e la topologia di terminazione. La topologia del cablaggio si riferisce alla sequenza di cablaggio e alla struttura di cablaggio di un cavo di rete. Quando si utilizzano dispositivi logici ad alta velocità, a meno che le lunghezze dei rami di traccia non siano mantenute brevi, i segnali con bordi che cambiano rapidamente saranno distorti dalle tracce dei rami sulla traccia del tronco del segnale. In circostanze normali, due topologie di base sono utilizzate per il routing PCB, vale a dire Daisy Chain routing e Star distribution. Per il cablaggio a catena a margherita, il cablaggio parte dal driver e passa ai ricevitori in sequenza. Se le resistenze di serie sono utilizzate per modificare le caratteristiche del segnale, le resistenze di serie dovrebbero essere posizionate vicino ai terminali di azionamento. In termini di controllo dell'interferenza armonica di alto ordine del cablaggio, l'effetto di cablaggio a margherita è molto buono. Tuttavia, il tasso di routing di questo metodo di routing non è facile al 100%. Nella progettazione effettiva, rendiamo la lunghezza del ramo nel cablaggio della catena a margherita il più breve possibile e il valore di lunghezza sicuro dovrebbe essere: la topologia a stella può efficacemente evitare il problema asincrono del segnale dell'orologio, ma viene fatto manualmente sulla scheda PCB ad alta densità. Il cablaggio è molto difficile. L'utilizzo di un autorouter è il modo per realizzare il cablaggio a stella. Le resistenze di terminazione sono richieste su ogni ramo. Il valore della resistenza di terminazione deve corrispondere all'impedenza caratteristica della connessione. Questo può essere calcolato a mano o con strumenti CAD per calcolare il valore di impedenza caratteristica e il valore di resistenza corrispondente alla terminazione. Nei due esempi precedenti sono state utilizzate resistenze di terminazione semplici, in pratica terminazioni abbinate più complesse potrebbero essere utilizzate. Un'opzione è RC matching termination. Il terminale di corrispondenza RC può ridurre il consumo energetico, ma può essere utilizzato solo quando il funzionamento del segnale è relativamente stabile. Questo metodo è adatto per abbinare il segnale della linea dell'orologio. Lo svantaggio è che la capacità nella terminazione corrispondente RC può influenzare la forma e la velocità del segnale. La terminazione abbinata alla resistenza di serie non genera ulteriore dissipazione di potenza, ma rallenterà la trasmissione del segnale. Questo metodo è utilizzato per i circuiti di azionamento bus in cui il ritardo di tempo ha poco effetto. Il vantaggio della terminazione di corrispondenza della resistenza di serie è che può ridurre il numero di componenti utilizzati e la densità di cablaggio sulla scheda. Un modo è quello di separare i terminali corrispondenti, in cui i componenti corrispondenti devono essere posizionati vicino all'estremità ricevente. Il vantaggio è che non tira giù il segnale e il rumore è ben evitato. Tipicamente utilizzato per segnali di ingresso TTL (ACT, HCT, FAST). Inoltre, devono essere presi in considerazione anche il tipo di pacchetto e il tipo di montaggio della resistenza corrispondente del terminale. Di solito, le resistenze del montaggio superficiale SMD hanno induttanza inferiore rispetto ai componenti del foro passante, così diventano i componenti del pacchetto SMD. Se si scelgono resistenze in linea ordinarie, ci sono anche due metodi di installazione: verticale e orizzontale. Nel metodo di installazione verticale, un perno di montaggio della resistenza è molto corto, che può ridurre la resistenza termica tra la resistenza e il circuito stampato e rendere il calore della resistenza più facile da dissipare nell'aria. Ma un supporto verticale più lungo aumenterà l'induttanza della resistenza. L'installazione orizzontale ha induttanza inferiore a causa di installazione inferiore. Tuttavia, la resistenza surriscaldata andrà alla deriva e nel peggiore dei casi, la resistenza diventerà un circuito aperto, con conseguente fallimento della corrispondenza di terminazione della traccia PCB e diventando un potenziale fattore di guasto.

3. Metodi di Soppressione dell'interferenza elettromagnetica

Una buona soluzione al problema dell'integrità del segnale migliorerà la compatibilità elettromagnetica (EMC) della scheda PCB. È molto importante assicurarsi che la scheda PCB abbia una buona messa a terra. L'utilizzo di uno strato di segnale con un piano di terra è un metodo molto efficace per progetti complessi. Inoltre, rendere la densità del segnale dello strato esterno del circuito stampato è anche un buon modo per ridurre la radiazione elettromagnetica. Questo metodo può essere realizzato utilizzando la tecnologia "strato di superficie" della tecnologia "Build-up" per fare la scheda PCB. Lo strato di superficie è ottenuto aggiungendo una combinazione di sottili strati isolanti e micro vie per penetrare questi strati su una scheda PCB di processo comune. Resistenze e condensatori possono essere sepolti sotto lo strato superficiale e la densità delle tracce per unità di area sarà quasi raddoppiata, quindi il volume della scheda PCB può essere ridotto. La riduzione dell'area della scheda PCB ha un impatto enorme sulla topologia della traccia, il che significa ciclo di corrente ridotto, lunghezza ridotta della traccia del ramo e radiazione elettromagnetica è approssimativamente proporzionale all'area del ciclo corrente; Allo stesso tempo, le caratteristiche di piccolo volume consentono di utilizzare dispositivi ad alta densità contenenti piombo, che a sua volta riduce la lunghezza del filo, riduce i cicli di corrente e migliora la compatibilità elettromagnetica.

4. Altre tecnologie utilizzabili

Al fine di ridurre il superamento transitorio della tensione sull'alimentazione del circuito integrato chip, I condensatori di disaccoppiamento devono essere aggiunti al circuito integrato. Questo rimuove efficacemente gli effetti di glitch sull'alimentazione elettrica e riduce le radiazioni dal ciclo di alimentazione sulla scheda stampata. Quando il condensatore di disaccoppiamento è collegato direttamente alla gamba del tubo di alimentazione del circuito integrato invece del piano di alimentazione, il suo effetto di levigare il glitch è. Questo è il motivo per cui alcuni dispositivi hanno condensatori di disaccoppiamento sulle loro prese, mentre altri richiedono che i condensatori di disaccoppiamento siano sufficientemente vicini al dispositivo. Qualsiasi dispositivo ad alta velocità e ad alta potenza dovrebbe essere posizionato il più possibile insieme per ridurre il superamento transitorio della tensione di alimentazione. Senza piani di potenza, lunghe tracce di potenza possono creare loop tra segnali e loop, diventare fonti di radiazioni e circuiti sensibili. La situazione in cui le tracce formano un loop che non passa attraverso lo stesso cavo di rete o altre tracce è chiamata loop aperto. Se il loop passa attraverso altre tracce dello stesso cavo di rete, si forma un ciclo chiuso. Antenna effects are created in both cases (wire antennas and loop antennas). L'antenna genera radiazioni EMI verso l'esterno, ed è anche un circuito sensibile stesso. Chiudere il ciclo è un must perché produce radiazioni che sono approssimativamente proporzionali all'area del ciclo chiuso su Scheda PCB.