PCB Tecnico - Reflow del segnale e segmentazione trasversale in PCB ad alta velocità

Qual è il reflow del segnale e la cross-segmentation in PCB ad alta velocità?

IC1 è il terminale di uscita del segnale, IC2 è il terminale di ingresso del segnale (al fine di semplificare il modello PCB w ww.pcblx.com, supponendo che il terminale ricevente contenga una resistenza collegata sotto) 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 alimentazione, 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 il cavo, e quindi entra IC1 attraverso il percorso arancione, e poi esce dal terminale S1 ed entra IC2 attraverso il terminale R1 lungo il secondo strato di filo. Quindi entrare nello strato GND e tornare al polo negativo dell'alimentazione tramite il percorso rosso.

Ma alle alte frequenze, le caratteristiche di distribuzione della scheda 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, inducendo una corrente inversa nei conduttori vicini. Se il piano di terra del terzo strato è un piano di terra completo, ci sarà una corrente tratteggiata blu sul piano di terra; Se il livello TOP ha un piano di potenza completo, ci sarà anche una linea blu sullo strato superiore. Reflusso punteggiato. 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 ad alta frequenza 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 molto rapidamente, ma il periodo di cambiamento è breve, l'energia richiesta non è molto grande, quindi il chip è alimentato. Quando C1 è abbastanza grande e la risposta è abbastanza veloce (ha un valore ESR molto basso, si usano solitamente 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 costruito nella figura, l'intero percorso della corrente è: dal polo positivo di C1-"VCC di IC1-" S1-"L2 linea di segnale-" R1-"GND di IC2-" via-"GND layer yellow Path-" Via -" Polo negativo del condensatore. Si può vedere che c'è una corrente equivalente marrone 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 dalla stessa alimentazione dello stesso chip, e il percorso di ritorno corrente è lo stesso. Se il livello della linea dati gira nella stessa direzione allo stesso tempo, una grande corrente inversa sarà indotta sull'orologio. Se la linea dell'orologio non è ben abbinata, questa conversazione incrociata è sufficiente per avere un effetto fatale sul segnale dell'orologio. L'intensità di questo tipo di conversazione incrociata non è proporzionale al valore assoluto di interferenza dei livelli elevati e bassi della sorgente, ma puramente proporzionale al carico resistivo della sorgente. Per un cambiamento di corrente resistivo, l'intensità di questo tipo di conversazione incrociata non è proporzionale al valore assoluto di interferenza della sorgente. dV (ampiezza di 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 T10%- Il quadrato del 90% è inversamente proporzionale). Si può vedere dalla formula che il crosstalk dei segnali a bassa velocità non è necessariamente inferiore a quello dei segnali ad alta velocità. Questo è quello che abbiamo detto: il segnale 1kHZ non è necessariamente un segnale a bassa velocità, dobbiamo considerare in modo esauriente la situazione del bordo. 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 situazioni inevitabili di divisione dell'alimentazione incrociata, è possibile collegare un condensatore o un filtro passa-alto (come un condensatore da 10 ohm a stringa di resistenza 680p) formato da un condensatore o una serie RC attraverso la divisione. Il valore specifico dipende dal proprio tipo di segnale, vale a dire fornire un percorso di ritorno PCB ad alta frequenza, ma anche 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, i due piani della divisione possono essere portati separatamente a terra.

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.