PCB Tecnico - Imparare il buon metodo del circuito stampato PCB

I circuiti PCB ad alta velocità funzionano su linee relativamente lunghe senza gravi distorsioni della forma d'onda. TTL adotta il metodo di bloccaggio del diodo Schottky per i bordi di caduta rapida, in modo che l'overshoot sia bloccato ad un livello inferiore al potenziale di terra da una goccia del diodo. Ciò riduce l'entità del contraccolpo. Il bordo ascendente più lento permette l'overshoot, ma è attenuato dall'impedenza di uscita relativamente elevata (50-80Ω) del circuito allo stato "H". Inoltre, a causa della maggiore immunità dello stato di livello "H", il problema del kickback non è molto evidente. Per i dispositivi della serie HCT, se il morsetto del diodo Schottky e il metodo di terminazione della resistenza di serie sono combinati, migliorerà L'effetto sarà più evidente.

Quando c'è fan-out lungo la linea del segnale PCB, il metodo di formatura TTL introdotto sopra sembra essere un po 'insufficiente ad una velocità di bit più elevata e ad una velocità di bordo più veloce. Poiché ci sono onde riflesse nella linea, tendono ad essere sintetizzate ad un'alta velocità di bit, che causerà gravi distorsioni del segnale PCB e ridotta capacità anti-interferenza. Pertanto, al fine di risolvere il problema di riflessione, un altro metodo è solitamente utilizzato nel sistema ECL: il metodo di corrispondenza dell'impedenza di linea. In questo modo, la riflessione può essere controllata e l'integrità del segnale può essere garantita.

In senso stretto, per i dispositivi TTL e CMOS convenzionali con velocità di bordo più lente, le linee di trasmissione non sono molto necessarie. Per i dispositivi ECL ad alta velocità con velocità di bordo più elevate, le linee di trasmissione non sono sempre necessarie. Ma quando si utilizzano le linee di trasmissione, hanno i vantaggi di prevedere il ritardo di connessione e controllare la riflessione e l'oscillazione attraverso la corrispondenza dell'impedenza.

1. Per decidere se utilizzare una linea di trasmissione esistono cinque fattori fondamentali:

Essi sono: (1) la velocità di bordo del segnale di sistema, (2) la distanza di connessione (3) il carico capacitivo (quanta ventola fuori), (4) il carico resistivo (il metodo di terminazione della linea); (5) ammissibile La percentuale di reazione e superamento (il grado di riduzione dell'immunità AC).

2. Diversi tipi di linee di trasmissione PCB

(1) cavo coassiale PCB e coppia attorcigliata: sono spesso utilizzati nella connessione tra il sistema e il sistema. L'impedenza caratteristica del cavo coassiale è solitamente 50Ω e 75Ω, e la coppia attorcigliata è solitamente 110Ω.

(2) Linea di microstrip su PCB

La linea microstrip è un conduttore di striscia (linea di segnale), separato dal piano di terra da un dielettrico. Se lo spessore, la larghezza e la distanza tra la linea e il piano di terra sono controllabili, la sua impedenza caratteristica può anche essere controllata. L'impedenza caratteristica Z0 della linea microstrip è:

(3) Striscia in scheda stampata PCB

Una stripline è una striscia di rame posta al centro di un dielettrico tra due piani conduttivi. Se lo spessore e la larghezza della linea, la costante dielettrica del mezzo e la distanza tra i due piani conduttivi sono controllabili, anche l'impedenza caratteristica della linea è controllabile. L'impedenza caratteristica della striscia è:

3. Terminare la linea di trasmissione

All'estremità ricevente di una linea, una resistenza pari all'impedenza caratteristica della linea viene utilizzata per terminare, quindi la linea di trasmissione è chiamata connessione terminale parallela. Viene utilizzato principalmente per ottenere le migliori prestazioni elettriche, compresa la guida di carichi distribuiti.

A volte, al fine di risparmiare il consumo energetico, un condensatore 104 è collegato in serie alla resistenza terminale per formare un circuito di terminazione CA, che può efficacemente ridurre la perdita di CC.

Una resistenza è collegata in serie tra il driver e la linea di trasmissione e il terminale della linea non è più collegato alla resistenza di terminazione. Questo metodo di terminazione è chiamato terminazione di serie. L'overshoot e l'anello sulla linea più lunga possono essere controllati da smorzamento di serie o tecnologia di terminazione di serie. Lo smorzamento di serie si ottiene utilizzando una piccola resistenza (generalmente da 10 a 75Ω) collegata in serie con l'uscita del cancello di azionamento. Questo metodo di smorzamento è adatto Utilizzato in combinazione con linee la cui caratteristica impedenza è controllata (come cavi backplane, circuiti stampati senza piani di terra, e la maggior parte dei fili di avvolgimento, ecc.).

Nella terminazione di serie, la somma del valore della resistenza di serie e dell'impedenza di uscita del circuito (cancello di azionamento) è uguale all'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Il cablaggio dell'estremità della connessione di serie ha gli svantaggi che può utilizzare solo il carico combinato al terminale e il tempo di ritardo della trasmissione è più lungo. Tuttavia, questo può essere superato utilizzando linee di trasmissione ridondanti terminate in serie.

Se scegliere una scheda bifacciale PCB o una scheda multistrato PCB durante la realizzazione di un PCB dipende dalla più alta frequenza operativa, dalla complessità del sistema di circuito e dai requisiti per la densità di assemblaggio. È meglio scegliere una scheda multistrato quando la frequenza dell'orologio supera 200MHZ. Se la frequenza di funzionamento supera 350MHz, è meglio scegliere un circuito stampato con PTFE come strato dielettrico, perché la sua attenuazione ad alta frequenza è più piccola, la capacità parassitaria è più piccola e la velocità di trasmissione è più veloce. Grande e basso consumo energetico, sono richiesti i seguenti principi per il cablaggio del circuito stampato

(1) Mantenere quanto più spazio possibile tra tutte le linee di segnale parallele per ridurre la crosstalk. Se ci sono due fili di segnale che sono vicini tra loro, è meglio eseguire un filo di terra tra i due fili, che può svolgere un ruolo di schermatura.

(2) Quando si progettano linee di trasmissione del segnale, evitare le curve taglienti per evitare riflessi dovuti a cambiamenti improvvisi nell'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Prova a progettare una linea di arco uniforme con una certa dimensione.

(3) La larghezza della linea stampata può essere calcolata secondo la formula di calcolo dell'impedenza caratteristica sopra menzionata della linea di microstrip e della linea di striscia. L'impedenza caratteristica della linea microstrip sul circuito stampato è generalmente compresa tra 50 e 120Ω. Per ottenere una grande impedenza caratteristica, la larghezza della linea deve essere molto stretta. Ma le linee molto sottili non sono facili da realizzare. Considerando vari fattori, è generalmente opportuno scegliere un valore di impedenza di circa 68Ω, perché l'impedenza caratteristica di 68Ω può ottenere il miglior equilibrio tra tempo di ritardo e consumo energetico. Una linea di trasmissione 50Ω consumerà più energia; Naturalmente, un'impedenza più grande può ridurre il consumo energetico, ma aumenterà il tempo di ritardo della trasmissione. La capacità negativa della linea aumenterà il tempo di ritardo della trasmissione e diminuirà l'impedenza caratteristica. Tuttavia, la capacità intrinseca per unità di lunghezza del segmento di linea con impedenza caratteristica molto bassa è relativamente grande, quindi il tempo di ritardo della trasmissione e l'impedenza caratteristica sono meno influenzati dalla capacità di carico. Una caratteristica importante di una linea di trasmissione correttamente terminata è che la linea di diramazione corta non dovrebbe avere alcun effetto sul tempo di ritardo della linea. Quando Z0 è 50Ω. La lunghezza del tronco del ramo deve essere limitata a 2,5 cm o meno. Per evitare di suonare forte.

(4) Per schede bifacciali PCB (o linee a quattro strati in una scheda a sei strati). Le linee su entrambi i lati del circuito dovrebbero essere perpendicolari l'uno all'altro per evitare il crosstalk causato dall'induzione reciproca.

(5) Se ci sono dispositivi ad alta corrente sulla scheda stampata PCB, come relè, indicatori luminosi, altoparlanti, ecc., i loro fili di terra dovrebbero essere separati separatamente per ridurre il rumore sul cavo di terra. I fili di terra di questi dispositivi ad alta corrente Dovrebbe essere collegato a un bus di terra indipendente sulla scheda plug-in e sul backplane, e questi cavi di terra indipendenti dovrebbero anche essere collegati al punto di terra dell'intero sistema.

(6) Se c'è un piccolo amplificatore di segnale sulla scheda, la linea di segnale debole prima dell'amplificazione dovrebbe essere lontana dalla linea di segnale forte e la traccia dovrebbe essere il più breve possibile e, se possibile, schermarla con un filo di terra.