PCB Tecnico - Ricerca sull'integrità del segnale: comprendendo la lunghezza critica, cos'è un rimbalzo a terra?

Comprendere la lunghezza critica

Molte persone sono molto vaghe circa il concetto della lunghezza critica delle linee sul PCB, e anche molte persone non conoscono affatto questo concetto. Se si progetta un circuito ad alta velocità ma non conosce questo concetto, si può essere sicuri che il circuito finale potrebbe non funzionare stabilmente., Ma sei in perdita e non hai modo di eseguire il debug.

La lunghezza critica è molto confusa nel settore. Alcune persone dicono che è 3 pollici, e alcune persone dicono che è 1 pollice. Ho sentito molte altre opinioni, la maggior parte delle quali sono causate da una comprensione errata di questo concetto. Molte persone dicono che se la traccia è troppo lunga, causerà la riflessione del segnale e se la traccia è breve, non causerà la riflessione. Questa affermazione è molto sbagliata, mescolando diversi concetti insieme come un purè. Quindi qual è la lunghezza critica, quanto è, e perché dovremmo prestare attenzione alla lunghezza critica?

Il modo migliore per capire la lunghezza critica è analizzarla da una prospettiva temporale. Ci vuole un certo tempo perché il segnale venga trasmesso sulla traccia PCB. Il tempo di trasmissione sulla scheda FR4 ordinaria è di circa 6 pollici per nanosecondo. Naturalmente, la velocità della traccia superficiale e della traccia interna è leggermente diversa. La riflessione del segnale si verifica quando c'è un improvviso cambiamento di impedenza sulla traccia, che non ha nulla a che fare con la lunghezza della traccia. Tuttavia, se la traccia è molto breve, il segnale riflesso è tornato alla sorgente prima che il segnale sorgente sia salito ad un livello elevato e il segnale trasmesso sarà sommerso nel bordo ascendente e la forma d'onda del segnale non cambierà molto. Se la traccia è molto lunga, il segnale all'estremità della trasmissione ha raggiunto un livello elevato e il segnale riflesso raggiunge l'estremità della sorgente, quindi il segnale riflesso sarà sovrapposto sulla posizione di alto livello, causando interferenze. Poi c'è un valore critico per la lunghezza della traccia. Se è maggiore di questo valore, il segnale di ritorno viene sovrapposto al livello alto e il segnale riflesso viene sommerso dal bordo ascendente se è inferiore a questo valore. Questo valore critico è la lunghezza critica. Si noti che questa definizione è molto imprecisa, perché viene considerata solo una riflessione. Questo è solo allo scopo di capire il concetto.

Quindi qual è la definizione precisa? In pratica, le riflessioni si verificano più volte. Anche se il tempo per il ritorno della prima riflessione del segnale alla sorgente è inferiore al tempo del bordo di salita del segnale, anche le riflessioni multiple successive saranno sovrapposte sulla posizione di alto livello, causando interferenze alla forma d'onda del segnale. Quindi, una definizione ragionevole della lunghezza critica dovrebbe essere: la lunghezza di traccia che può controllare l'interferenza del segnale riflesso entro un intervallo tollerabile. Il tempo di viaggio di andata e ritorno del segnale di questa lunghezza è molto più breve del tempo di aumento del segnale. I dati empirici trovati nell'esperimento sono che quando il ritardo di tempo del segnale sulla traccia PCB è superiore al 20% del bordo ascendente del segnale, il segnale produrrà un suono evidente. Per un segnale ad onda quadrata con un tempo di salita di 1ns, quando la lunghezza della traccia PCB è 0,2 * 6 = 1,2 pollici o più, il segnale suonerà seriamente. Quindi la lunghezza critica è 1.2inch, circa 3cm.

Avrete notato, è il momento di aumentare il segnale di nuovo! Ancora una volta, il tempo di aumento del segnale occupa una posizione importante nella progettazione ad alta velocità.

Cos'è una bomba a terra

Il cosiddetto "rimbalzo a terra" si riferisce al cambiamento del livello interno "a terra" del chip rispetto al livello "a terra" del circuito stampato. Prendendo la "terra" del circuito stampato come riferimento, è come il livello "terra" all'interno del chip sta battendo costantemente, quindi è vividamente chiamato rimbalzo al suolo. Quando il terminale di uscita del dispositivo ha una transizione di stato ad un altro stato, il fenomeno del rimbalzo di terra causerà glitch sul terminale di ingresso logico del dispositivo.

Allora, com'e' nata la "bomba a terra"?

Parametri parassitici. Il rimbalzo del terreno è causato dall'induttanza sul perno.

Possiamo usare la seguente figura per spiegare intuitivamente. Le diverse posizioni dell'interruttore Q nella figura rappresentano i due stati di uscita "0" e "1". Supponiamo che a causa del cambiamento di stato del circuito, l'interruttore Q accenda il livello basso RL, il condensatore di carico scarichi a terra, mentre la tensione del condensatore di carico scende, la sua carica accumulata scorre a terra, formando una grande sovratensione di corrente sul ciclo di terra. Mentre la corrente di scarica si accumula e poi decade, questo cambiamento di corrente agisce sull'induttanza LG del perno di terra, in modo che una certa differenza di tensione si formerà tra la "terra" del circuito stampato fuori dal chip e la terra dentro il chip, come mostrato nella figura VG. Questo tipo di deriva potenziale di riferimento interno del chip causato dalla conversione dell'uscita è rimbalzo di terra.

L'uscita del chip A cambia, producendo rimbalzi di terra. Questo ha un impatto sulla logica di ingresso del chip A. La logica di ricezione confronta la tensione di ingresso con la tensione di terra all'interno del chip per determinare l'ingresso. Pertanto, dalla logica di ricezione, è come se il segnale di ingresso stesso fosse sovrapposto allo stesso rumore del rumore di rimbalzo del suolo.

Al giorno d'oggi, la scala dei circuiti integrati sta diventando sempre più grande, la velocità di commutazione è in costante aumento e il rumore di rimbalzo a terra influenzerà la funzione del circuito se non è ben controllato. Pertanto, è necessario comprendere profondamente il concetto di rimbalzo del terreno e studiarne le leggi.