PCB Tecnico - Ricerca sull'integrità del segnale del circuito stampato PCB

Se trovi che l'esperienza di progettazione PCB accumulata nell'era precedente a bassa velocità sembra impossibile ora, lo stesso design PCB, non c'era alcun problema prima, ma non funziona normalmente, allora congratulazioni, hai incontrato il problema più centrale di progettazione hardware PCB: integrità del segnale.

È una buona cosa che si incontra un giorno in anticipo. Nel tempo passato a bassa velocità, quando il livello salta, il tempo di aumento del segnale di solito aumenta di alcuni ns. L'interconnessione tra i dispositivi non influisce sulla funzione del circuito e non c'è bisogno di preoccuparsi dei problemi di integrità del segnale. Ma nell'era di oggi ad alta velocità, con l'aumento della velocità di commutazione dell'uscita IC, molti sono nel livello picosecondo, indipendentemente dal periodo del segnale, quasi tutti i progetti hanno incontrato problemi di integrità del segnale. Inoltre, la ricerca di basso consumo energetico rende la tensione del nucleo sempre più bassa e la tensione del nucleo 1.2v è diventata molto comune.

Pertanto, la tolleranza al rumore del sistema può diventare sempre più piccola, il che rende anche il problema di integrità del segnale più evidente. In generale, l'integrità del segnale si riferisce a tutti i problemi causati dall'interconnessione nella progettazione del circuito. Studia principalmente come i parametri caratteristici elettrici dell'interconnessione interagiscono con le forme d'onda di tensione e corrente del segnale digitale e come influisce sulle prestazioni del prodotto.

Si manifesta principalmente in sequenza temporale, squillo del segnale, riflessione del segnale, crosstalk vicino-end, crosstalk lontano-end, rumore di commutazione, non-monotonicità, rimbalzo a terra, rimbalzo di potere, attenuazione, carico capacitivo, radiazione elettromagnetica, interferenza elettromagnetica, ecc Impatto. e molti altri. La radice del problema di integrità del segnale risiede nella riduzione del tempo di aumento del segnale.

Anche se la topologia del cablaggio non è cambiata, se viene utilizzato un chip IC con un piccolo tempo di aumento del segnale, il progetto esistente sarà in uno stato critico o smetterà di funzionare.

Di seguito sono riportati alcuni problemi comuni di integrità del segnale. Distorsione della forma d'onda causata dalla riflessione del segnale. Sembra che stia suonando, estrarre il circuito stampato che hai fatto, misurare vari segnali, come l'uscita dell'orologio o l'uscita della linea dati ad alta velocità, per vedere se questa forma d'onda esiste.

Se è così, allora si dovrebbe avere una comprensione percettiva dei problemi di integrità del segnale, sì, questo è un problema di integrità del segnale. Molti ingegneri hardware collegano un piccolo resistore al segnale di uscita dell'orologio, e per quanto riguarda il perché, molte persone non possono dirlo, diranno che molti disegni maturi lo hanno. Forse sapete, ma molte persone non possono dire la funzione di questo piccolo resistore, inclusi molti ingegneri hardware con tre o quattro anni di esperienza. E' sorprendente? Ma è vero, ho incontrato molte cose. Infatti, la funzione di questa piccola resistenza è quella di risolvere il problema della riflessione del segnale. Man mano che la resistenza aumenta, l'anello scompare, ma si scopre che il segnale in salita non è più così ripido. Questa soluzione è chiamata corrispondenza di impedenza, O. Sul lato destro, dobbiamo prestare attenzione alla corrispondenza di impedenza. L'impedenza occupa una posizione estremamente importante nel problema dell'integrità del segnale. Crosstalk: Se siete abbastanza attenti, scoprirete che a volte per la linea del segnale, non c'è alcuna funzione per emettere il segnale, ma nella misura, ci sarà una piccola parte della forma d'onda regolare, come se ci fosse un'uscita del segnale. A questo punto, è possibile misurare la linea di segnale adiacente ad esso per vedere se c'è un modello simile! Sì, se le due linee di segnale sono molto vicine, di solito lo sarà. Questa e' conversazione incrociata. Naturalmente, la forma d'onda sulla linea del segnale interessata dal crosstalk non è necessariamente simile alla forma d'onda del segnale adiacente, né ha necessariamente regole ovvie, ed è più sotto forma di rumore. Il crosstalk è sempre stato un problema per i circuiti stampati ad alta densità di oggi. A causa del piccolo spazio di cablaggio, i segnali devono essere molto vicini, quindi puoi solo controllarlo, ma non puoi eliminarlo, piuttosto che affrontarlo.

Per le linee di segnale crosstalk, l'interferenza dai segnali adiacenti è equivalente al rumore per lui. La quantità di crosstalk è correlata a molti fattori sul circuito stampato, non solo alla distanza tra le due linee di segnale. Naturalmente, la distanza è il modo più facile da controllare e il modo più comune per risolvere il crosstalk, ma non è l'unico modo. Questo è anche qualcosa che molti ingegneri PCB fraintendono.

Collasso della pista: il rumore non esiste solo nella rete di segnale, ma anche nel sistema di distribuzione dell'energia. Sappiamo che la corrente che scorre attraverso il percorso tra l'alimentatore e il terreno ha inevitabilmente impedenza, a meno che non si possa trasformare tutto sul circuito stampato in un superconduttore. Poi, quando la corrente cambia, si verificherà inevitabilmente una caduta di tensione, quindi la tensione effettivamente inviata al pin di alimentazione del chip diminuirà, a volte anche notevolmente, proprio come la tensione collassa improvvisamente, che è il collasso della ferrovia. I crash di pista possono talvolta causare problemi fatali e possono influenzare il funzionamento del circuito stampato. Il numero di gate integrati da processori ad alte prestazioni sta aumentando, la velocità di commutazione sta aumentando più velocemente e più corrente di commutazione viene consumata in un tempo più breve e il rumore tollerabile diventa sempre più piccolo. Tuttavia, a causa dei severi requisiti dei processori ad alte prestazioni sul sistema di alimentazione e della difficoltà di costruire un sistema di distribuzione dell'energia con impedenza inferiore, il controllo del rumore è diventato sempre più difficile.

Potreste aver notato che si tratta di impedenza di nuovo e comprendere l'impedenza è la chiave per comprendere i problemi di integrità del segnale PCB. l