PCB Tecnico - Per quanto riguarda il percorso di ritorno del PCB del circuito ad alta velocità, vedere come lo fa il master

Nel diagramma schematico di un circuito digitale PCB, la propagazione di un segnale digitale è da un cancello logico a un altro cancello logico1 Il concetto di base di reflowNel diagramma schematico di un circuito digitale, la propagazione di un segnale digitale è da un cancello logico a un altro cancello logico. Il segnale viene inviato dall'estremità di uscita all'estremità di ricezione attraverso un cavo. Sembra scorrere in una direzione. Molti ingegneri digitali pensano quindi che il percorso del ciclo sia irrilevante, dopotutto, sia il driver che il ricevitore sono designati come dispositivi in modalità tensione, quindi perché preoccuparsi di considerare la corrente! Infatti, la teoria del circuito di base ci dice che il segnale è propagato dalla corrente elettrica. Nello specifico, è il movimento degli elettroni. Una delle caratteristiche del flusso elettronico è che gli elettroni non rimangono mai da nessuna parte. Non importa dove scorre la corrente, devono tornare indietro. Pertanto, la corrente scorre sempre nel ciclo, e qualsiasi segnale nel circuito esiste sotto forma di un ciclo chiuso. Per la trasmissione del segnale ad alta frequenza, è in realtà un processo di ricarica del condensatore dielettrico inserito tra la linea di trasmissione e lo strato DC.

2 L'effetto del backflowCircuiti digitali di solito si basano su piani di terra e potenza per completare il reflow. I percorsi di ritorno dei segnali ad alta frequenza e dei segnali a bassa frequenza sono diversi. Per il ritorno del segnale a bassa frequenza, selezionare il percorso con l'impedenza più bassa e per il ritorno del segnale ad alta frequenza, selezionare il percorso con l'induttanza più bassa. Quando la corrente parte dal driver del segnale, scorre attraverso la linea del segnale e iniettata nell'estremità ricevente del segnale, c'è sempre una corrente di ritorno nella direzione opposta: partendo dal perno di terra del carico, passando attraverso il piano di rame, fluendo alla sorgente del segnale e fluendo attraverso la corrente sulla linea del segnale forma un ciclo chiuso. La frequenza del rumore causata dalla corrente che scorre attraverso il piano rivestito di rame è equivalente alla frequenza del segnale. Maggiore è la frequenza del segnale, maggiore è la frequenza del rumore. Il gate logico non risponde ad un segnale di ingresso assoluto, ma risponde alla differenza tra il segnale di ingresso e il pin di riferimento. Il circuito di terminazione a punto singolo reagisce alla differenza tra il segnale in ingresso e il suo piano logico di riferimento a terra, quindi la perturbazione sul piano di riferimento a terra e l'interferenza sul percorso del segnale sono ugualmente importanti. Il cancello logico risponde al pin di ingresso e al pin di riferimento designato, e noi non sappiamo quale sia il pin di riferimento designato (per TTL, di solito è un alimentatore negativo, per ECL è di solito un alimentatore positivo, ma non tutti). L'abilità anti-interferenza del segnale differenziale può avere un buon effetto sul rumore di rimbalzo a terra e sullo scivolamento del piano di potenza.

Quando molti segnali digitali sulla scheda PCB sono commutati in modo sincrono (come bus dati della CPU, bus di indirizzo, ecc.), ciò provoca il flusso di correnti di carico transitorie dall'alimentazione elettrica nel circuito o dal circuito al cavo di terra, a causa dell'esistenza del cavo di alimentazione e l'impedenza del cavo di terra produrrà rumore di commutazione sincrono (SSN), Anche il rumore di rimbalzo dell'aereo di terra (indicato come rimbalzo del suolo) apparirà sulla linea di terra. E quando l'area circostante della linea elettrica e della linea di terra sulla scheda stampata è più grande, anche la loro energia di radiazione è maggiore. Pertanto, analizziamo lo stato di commutazione del chip digitale e adottiamo misure per controllare il metodo di ritorno per ridurre l'area circostante. Area, lo scopo della minima radiazione.

IC1 è il terminale di uscita del segnale, IC2 è il terminale di ingresso del segnale (per semplificare il modello PCB, si presume che il terminale ricevente contenga una resistenza a valle), e il terzo strato è lo strato di terra. I motivi di IC1 e IC2 provengono entrambi 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 rispettivamente di IC1 e IC2. L'alimentazione elettrica e il perno di terra del chip mostrato nella figura sono l'alimentazione elettrica e la terra delle estremità di invio e ricezione del segnale.

Alle basse frequenze, se il terminale S1 emette un livello elevato, l'intero ciclo di corrente è che l'alimentazione è collegata al piano di alimentazione VCC attraverso un cavo, e quindi entra IC1 attraverso il percorso arancione, quindi esce dal terminale S1 ed entra IC2 attraverso il secondo strato del cavo attraverso il terminale R1. Quindi entrare nello strato GND e tornare al polo negativo dell'alimentazione tramite il percorso rosso. Alle alte frequenze, le caratteristiche di distribuzione del PCB avranno una grande influenza sul segnale. Il ritorno a terra di cui parliamo spesso è un problema spesso riscontrato 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 nei conduttori vicini. Se il piano di terra del terzo strato è un piano di terra completo, sul piano di terra verrà generata una corrente indicata dalla linea tratteggiata blu. Se il livello TOP ha un piano di potenza completo, ci sarà anche un flusso di ritorno lungo la linea tratteggiata blu sul livello TOP. In questo momento, il ciclo di segnale ha il ciclo di corrente più piccolo, l'energia irradiata all'esterno è la più piccola e la capacità di accoppiare segnali esterni è anche la più piccola. (L'effetto pelle alle alte frequenze è anche la più piccola energia di radiazione esterna, il principio è lo stesso). Poiché il livello del segnale ad alta frequenza e la corrente cambiano rapidamente, ma il periodo di cambiamento è breve, l'energia richiesta non è molto grande, quindi il chip è alimentato dal condensatore di disaccoppiamento più vicino al chip. Quando C1 è abbastanza grande e la risposta è abbastanza veloce (ha un valore ESR molto basso, di solito vengono utilizzati condensatori ceramici; l'ESR dei condensatori ceramici è molto inferiore a quello dei condensatori al tantalio), Il percorso arancione sullo strato superiore e il percorso rosso sullo strato GND possono essere considerati inesistenti (c'è una corrente corrispondente all'alimentazione dell'intera scheda, ma non la corrente corrispondente al segnale mostrato in figura).

Pertanto, secondo l'ambiente di costruzione, l'intero percorso della corrente è: dal polo positivo di C1 - il VCC di IC1 - la linea di segnale di S1 - L2 - R1 - il GND di IC2 - il percorso giallo dello strato GND - la via - l'elettrodo negativo del condensatore. 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 facilmente accoppiarsi a interferenze esterne. Se il segnale nella figura è un segnale di clock, c'è un insieme di linee dati 8bit in parallelo, alimentate dallo stesso alimentatore dello stesso chip e il percorso di ritorno corrente è lo stesso. Se il livello della linea dati gira nella stessa direzione contemporaneamente, sull'orologio verrà indotta una grande corrente inversa. Se la linea dell'orologio non è ben abbinata, questa crosstalk è sufficiente per avere un effetto fatale sul segnale dell'orologio. L'intensità di questo tipo di crosstalk non è proporzionale al valore assoluto dei livelli alti e bassi della sorgente di interferenza, ma proporzionale al tasso di cambio corrente della sorgente di interferenza. Per un carico puramente resistivo, la corrente trasversale è proporzionale a dI/dt=dV /(T¬10%-90%*R). Nella formula, dI/dt (tasso di variazione della corrente), dV (oscillazione della sorgente di interferenza) e R (carico della sorgente di interferenza) si riferiscono tutti ai parametri della sorgente di interferenza (se si tratta di un carico capacitivo, dI/dt è lo stesso di T¬ 10 Il quadrato di%-90% è inversamente proporzionale). Si può vedere dalla formula che i segnali a bassa frequenza non possono avere meno crosstalk dei segnali ad alta velocità. Vale a dire: il segnale 1KHz non è necessariamente un segnale a bassa velocità, dobbiamo considerare la situazione del bordo in modo completo. Per un segnale con un bordo ripido, contiene molte componenti armoniche e ha una grande ampiezza ad ogni punto di moltiplicazione di frequenza. Pertanto, dovresti prestare attenzione anche quando selezioni i dispositivi. Non scegliere ciecamente chip con velocità di commutazione elevate. Non solo il costo sarà elevato, ma aumenterà anche i problemi di crosstalk e EMC.

Qualsiasi piano di potenza adiacente o altro piano, purché vi sia un condensatore adatto ad entrambe le estremità del segnale per fornire un percorso a bassa reattività al GND, allora questo piano può essere utilizzato come piano di ritorno per questo segnale. Nelle applicazioni normali, il corrispondente alimentatore IO chip è spesso lo stesso per la ricezione e l'invio e ci sono generalmente condensatori di disaccoppiamento 0.01-0.1uF tra ogni alimentatore e terra e questi condensatori sono anche alle due estremità del segnale, quindi l'effetto di riflusso del piano di potenza è secondo solo al piano di terra. Tuttavia, se altri piani di potenza sono utilizzati per il flusso di ritorno, spesso non c'è un percorso di bassa reattività al suolo ad entrambe le estremità del segnale. In questo modo, la corrente indotta nel piano adiacente troverà la capacità più vicina e tornerà a terra. Se il "condensatore più vicino" è lontano dall'inizio o dalla fine, il ritorno dovrà percorrere una lunga distanza per formare un percorso di ritorno completo, e questo percorso è anche un percorso di ritorno per i segnali adiacenti, e questo stesso flusso di ritorno L'effetto dell'interferenza stradale e comune del terreno è lo stesso, che è equivalente alla conversazione incrociata tra i segnali.

Per alcune inevitabili divisioni di alimentazione incrociata, un filtro passa-alto (come un condensatore con stringa di resistenza 680p da 10 ohm) formato da un condensatore o connessione serie RC (come un condensatore con stringa di resistenza 680p da 10 ohm) può essere collegato attraverso la divisione. Il valore specifico dipende dal tipo di segnale. Per fornire un percorso di ritorno ad alta frequenza, ma anche per isolare il crosstalk a bassa frequenza tra i piani reciproci). Questo può comportare il problema di aggiungere condensatori tra i piani di potenza, che sembra un po 'divertente, ma è sicuramente efficace. Se alcune specifiche non lo consentono, è possibile portare condensatori a terra sui due piani della divisione.

Nel caso di prendere in prestito altri piani per il flusso di ritorno, è meglio aggiungere alcuni piccoli condensatori a terra ad entrambe le estremità del segnale per fornire un percorso di ritorno. Ma questo approccio è spesso difficile da raggiungere. Perché la maggior parte dello spazio superficiale vicino al terminale è occupato dalla resistenza corrispondente e dal condensatore di disaccoppiamento del chip PCB.