PCB Tecnico - Studiare progettazione PCB ad alta velocità, problemi di integrità del segnale

Con l'aumentare della velocità di commutazione in uscita dei circuiti integrati e l'aumento della densità delle schede PCB, l'integrità del segnale (inglese: Signal integrity, SI) è diventata uno dei problemi che devono essere coinvolti nella progettazione di PCB digitali ad alta velocità. Fattori come i parametri dei componenti e della scheda PCB, il layout dei componenti sulla scheda PCB e il cablaggio di segnali ad alta velocità causeranno problemi di integrità del segnale, con conseguente funzionamento instabile del sistema o addirittura nessuna operazione affatto.

Problemi di integrità del segnale PCB

Una buona integrità del segnale significa che il segnale può rispondere con valori corretti del tempo e del livello di tensione quando necessario. Al contrario, quando il segnale non può rispondere normalmente, si verifica un problema di integrità del segnale.

I problemi di integrità del segnale possono causare o causare direttamente distorsioni del segnale, errori di temporizzazione, dati errati, linee di indirizzo e controllo e malfunzionamenti del sistema o persino crash del sistema.

I problemi di integrità del segnale PCB includono principalmente riflessione del segnale, crosstalk, ritardo del segnale e errori di temporizzazione.

1. Riflessione

Quando il segnale viene trasmesso sulla linea di trasmissione, quando l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione sul PCB ad alta velocità non corrisponde all'impedenza della sorgente o all'impedenza di carico del segnale, il segnale sarà riflesso, causando la forma d'onda del segnale al superamento, al sottoshoot e al fenomeno di squillo risultante.

Overshoot (Overs hoot) si riferisce al primo picco (o valle) di una transizione del segnale, che è l'effetto di una tensione supplementare al di sopra del livello di potenza o al di sotto del livello del suolo di riferimento;

Sotto (sotto hoot) si riferisce alla valle successiva (o picco) della transizione del segnale. L'eccessiva tensione di overshoot spesso colpisce per molto tempo per causare danni al dispositivo, il sottoshoot riduce il margine di rumore e l'suoneria aumenta il tempo necessario per la stabilizzazione del segnale, influenzando così la tempistica del sistema.

2. Crosstalk

Nel PCB, crosstalk si riferisce all'interferenza indesiderata del rumore causata dall'energia elettromagnetica alle linee di trasmissione adiacenti attraverso l'accoppiamento reciproco di capacità e induttanza quando il segnale si propaga sulla linea di trasmissione. È causato da campi elettromagnetici causati da strutture diverse nella stessa area. Prodotto dall'interazione. La capacità reciproca induce la corrente di accoppiamento, che è chiamata crosstalk capacitivo; L'induttanza reciproca induce la tensione di accoppiamento, che è chiamata crosstalk induttivo. Sul PCB, il crosstalk è correlato alla lunghezza della traccia, alla spaziatura della linea del segnale e alla condizione del piano di terra di riferimento.

3. ritardo del segnale e errore di temporizzazione

Il segnale viene trasmesso sui fili del PCB a una velocità limitata e il segnale viene inviato dall'estremità di azionamento all'estremità ricevente, durante il quale c'è un ritardo di trasmissione. Un ritardo eccessivo del segnale o una disallineazione del ritardo del segnale possono causare errori di temporizzazione e confusione delle funzioni del dispositivo logico.

Metodo di progettazione PCB per garantire l'integrità del segnale

Nel processo di progettazione PCB, se vuoi garantire meglio l'integrità del segnale, puoi considerare i seguenti aspetti.

(1) Considerazioni nella progettazione del circuito. Compreso il controllo del numero di uscite di commutazione sincrone, il controllo della velocità massima di bordo (dI/dt e dV/dt) di ciascuna unità, in modo da ottenere la velocità di bordo più bassa e accettabile; selezionare segnali differenziali per blocchi funzionali ad alta uscita (come i driver di clock); nella linea di trasmissione Componenti passivi (quali resistenze, condensatori, ecc.) sono collegati all'estremità superiore per ottenere la corrispondenza di impedenza tra la linea di trasmissione e il carico.

(2) Minimizzare la lunghezza della traccia del cablaggio parallelo.

(3) I componenti dovrebbero essere posizionati lontano dall'interfaccia di interconnessione I/O e da altre aree suscettibili di interferenze e accoppiamento e la distanza tra i componenti dovrebbe essere ridotta al minimo.

(4) accorciare la distanza tra la traccia del segnale e il piano di riferimento.

(5) Ridurre l'impedenza della traccia e il livello di azionamento del segnale.

(6) Corrispondenza terminale. Il circuito di corrispondenza del terminale o i componenti corrispondenti possono essere aggiunti.

(7) Evitare il cablaggio parallelo l'uno all'altro, fornire la distanza di cablaggio sufficiente tra il cablaggio e ridurre l'accoppiamento induttivo.

L'integrità del segnale è un concetto importante che non può essere ignorato nella progettazione del PCB. Per garantire che il PCB abbia una buona integrità del segnale, gli ingegneri devono sintetizzare una varietà di fattori che influenzano, layout e percorso razionalmente e migliorare le prestazioni del prodotto.