PCB Tecnico - Cosa fare quando l'impedenza di progettazione PCB non può essere continua

Come sopprimere il crosstalk nella progettazione PCB e cosa fare quando l'impedenza di progettazione PCB non può essere continua

Come sopprimere il crosstalk nella progettazione PCB

Un segnale modificato (come un segnale passo) si propaga lungo la linea di trasmissione da A a B. Un segnale accoppiato sarà generato sul CD della linea di trasmissione. Una volta che il segnale modificato termina, cioè, quando il segnale ritorna a un livello DC stabile, il segnale accoppiato non esisterà, quindi crosstalk Si verifica solo nel processo di transizioni del segnale e più velocemente cambia il bordo del segnale (tasso di conversione), maggiore è la conversazione incrociata generata.

Il campo elettromagnetico accoppiato nello spazio può essere estratto come una raccolta di innumerevoli condensatori di accoppiamento e induttanze di accoppiamento. Il segnale crosstalk generato dal condensatore di accoppiamento può essere diviso in crosstalk in avanti e crosstalk inverso Sc sulla rete vittima. Questi due segnali hanno la stessa polarità; Il segnale crosstalk generato dall'induttanza è diviso anche in crosstalk in avanti e crosstalk inverso SL, e questi due segnali hanno polarità opposte.

Il crosstalk in avanti e il crosstalk inverso generato dall'induttanza e dalla capacità accoppiate esistono allo stesso tempo e sono quasi uguali per dimensioni. In questo modo, i segnali crosstalk in avanti sulla rete vittima si annullano a causa della polarità opposta, e la polarità crosstalk inversa è la stessa, e la sovrapposizione è migliorata. Le modalità di analisi crosstalk di solito includono modalità predefinita, modalità a tre stati e analisi in modalità peggiore.

La modalità predefinita è simile al modo in cui effettivamente testiamo il crosstalk, cioè, il driver di rete offensivo è guidato da un segnale flip, e il driver di rete vittima mantiene lo stato iniziale (livello alto o basso), e quindi viene calcolato il valore crosstalk. Questo metodo è più efficace per l'analisi crosstalk di segnali unidirezionali. La modalità tri-stato significa che il driver della rete incriminata è guidato da un segnale flip, e il terminale tri-stato della rete vittima è impostato su uno stato ad alta impedenza per rilevare le dimensioni del crosstalk. Questo metodo è più efficace per reti topologiche bidirezionali o complesse. L'analisi peggiore si riferisce a mantenere il driver della rete vittima nello stato iniziale, e il simulatore calcola la somma della crosstalk di tutte le reti di violazione predefinite per ogni rete vittima.

Questo metodo analizza generalmente solo le singole reti chiave, perché ci sono troppe combinazioni da calcolare e la velocità di simulazione è relativamente lenta.

Ci sono sempre diversi luoghi in cui l'impedenza non può essere continua nella progettazione PCB. Cosa dovrei fare?

Tutti sanno che l'impedenza deve essere continua. Tuttavia, come ha detto Luo Yonghao, "ci sono sempre momenti in cui passi sullo sgabello nella tua vita", ci sono sempre momenti in cui l'impedenza non può essere continua nella progettazione PCB. Come si fa?

Impedenza caratteristica: nota anche come "impedenza caratteristica", non è una resistenza DC, appartiene al concetto di trasmissione a lungo termine. Nell'intervallo ad alta frequenza, durante la trasmissione del segnale, dove arriva il bordo del segnale, sarà generata una corrente istantanea tra la linea del segnale e il piano di riferimento (potenza o piano di terra) a causa della creazione di un campo elettrico.

Se la linea di trasmissione è isotropica, quindi finché il segnale sta trasmettendo, ci sarà sempre una corrente I e se la tensione di uscita del segnale è V, la linea di trasmissione sarà equivalente a una resistenza durante la trasmissione del segnale, la cui dimensione è V/I, Chiama questa resistenza equivalente l'impedenza caratteristica Z della linea di trasmissione.

Nel processo di trasmissione del segnale, se cambia l'impedenza caratteristica sul percorso di trasmissione, il segnale sarà riflesso nel nodo in cui l'impedenza è discontinua.

I fattori che influenzano l'impedenza caratteristica del PCB sono: costante dielettrica, spessore dielettrico, larghezza della linea e spessore del foglio di rame.

[1] Linea sfumata

Alcuni pacchetti di dispositivi RF sono piccoli, la larghezza del pad SMD può essere piccola come 12 mil e la larghezza della linea del segnale RF può raggiungere 50 mil o più. Devono essere utilizzate linee sfumate e le mutazioni della larghezza della linea sono vietate.

[2] angolo

Se la linea del segnale RF funziona ad un angolo retto, la larghezza effettiva della linea all'angolo aumenterà e l'impedenza sarà discontinua, causando la riflessione del segnale. Per ridurre la discontinuità, per affrontare gli angoli, ci sono due metodi: smussatura e arrotondamento. Il raggio dell'angolo dell'arco dovrebbe essere abbastanza grande, in generale, per garantire: R>3W.

# Large pad #

Quando ci sono pad di grandi dimensioni sulla linea microstrip da 50 ohm, i pad di grandi dimensioni sono equivalenti alla capacità distribuita, che distrugge la caratteristica continuità di impedenza della linea microstrip. Due metodi possono essere presi per migliorare allo stesso tempo: in primo luogo, ispessire il dielettrico della linea di microstrip e in secondo luogo, scavare il piano di terra sotto il pad, che può ridurre la capacità distribuita del pad.

# Via #

I Vias sono cilindri metallici placcati fuori dai fori passanti tra gli strati superiore e inferiore del circuito stampato. I segnali via collegano le linee di trasmissione su diversi strati. La via stub è la parte inutilizzata della via. Via pad sono distanziali a forma di anello che collegano la via alla linea di trasmissione superiore o interna. I dischi di isolamento sono vuoti anulari in ogni piano di potenza o di terra per evitare cortocircuiti ai piani di potenza e di terra.

Parametri parassitici dei vias

Dopo la rigorosa derivazione della teoria fisica e l'analisi approssimativa, il modello di circuito equivalente della via può essere un condensatore a terra collegato in serie ad entrambe le estremità di un induttore, come mostrato nella Figura 1.

Modello di circuito equivalente di via

Si può vedere dal modello di circuito equivalente che la via stessa ha capacità parassitaria a terra. Supponiamo che il diametro dell'anti-pad via sia D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, quindi la capacità parassitaria della via è approssimativamente:

La capacità parassitaria della via può causare il prolungamento del tempo di aumento del segnale e la velocità di trasmissione a rallentare, deteriorando così la qualità del segnale. Allo stesso modo, i vias hanno anche induttanza parassitaria. Nei PCB digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassitaria è spesso maggiore della capacità parassitaria.

La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass, indebolindo così l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Supponiamo che L sia l'induttanza della via, h sia la lunghezza della via e d sia il diametro del foro centrale. L'induttanza parassitaria approssimativa della via è simile a:

I vias sono uno dei fattori importanti che causano discontinuità di impedenza sul canale RF. Se la frequenza del segnale è superiore a 1 GHz, deve essere considerato l'impatto dei vias.

Metodi comuni per ridurre la discontinuità di via impedenza includono: adozione di un processo discless, selezione di un metodo di uscita e ottimizzazione del diametro dell'anti-pad. L'ottimizzazione del diametro anti-pad è uno dei metodi più comunemente utilizzati per ridurre le discontinuità di impedenza. Poiché le caratteristiche dei vias sono correlate alle dimensioni strutturali come apertura, pad, anti-pad, struttura laminata e metodo di cablaggio, si raccomanda di utilizzare HFSS e Optimetrics per la simulazione di ottimizzazione in base alla situazione specifica durante ogni progetto.

Quando si utilizza un modello parametrico, il processo di modellazione è semplice. Durante la revisione, i progettisti di PCB sono tenuti a fornire i documenti di simulazione corrispondenti.

Il diametro della via, il diametro del pad, la profondità e l'anti-pad porteranno tutti cambiamenti, con conseguente discontinuità di impedenza, riflessione e gravità della perdita di inserzione.

Connettore coassiale passante

Simile alla struttura via, il connettore coassiale passante ha anche discontinuità di impedenza, quindi la soluzione è la stessa di quella della via. I metodi comunemente utilizzati per ridurre la discontinuità di impedenza dei connettori coassiali passanti sono anche: adottare un processo discless, un metodo di uscita adatto e ottimizzare il diametro dell'anti-pad.