PCB Tecnico - Panoramica dei problemi di integrità del segnale PCB digitale ad alta velocità

Questo articolo introduce un metodo di progettazione della scheda PCB del segnale digitale ad alta velocità basato sull'analisi del computer di integrità del segnale. In questo metodo di progettazione, il modello di trasmissione del segnale a livello di scheda PCB è inizialmente stabilito per tutti i segnali digitali ad alta velocità e quindi lo spazio della soluzione del progetto viene trovato attraverso il calcolo e l'analisi dell'integrità del segnale e infine il PCB è completato sulla base dello spazio della soluzione. Progettazione e verifica del bordo.

Con l'aumentare della velocità di commutazione in uscita dei circuiti integrati e l'aumento della densità delle schede PCB, l'integrità del segnale è diventata una delle questioni che devono essere interessate nella progettazione di PCN 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.

Come considerare pienamente i fattori di integrità del segnale nel processo di progettazione PCB e adottare misure di controllo efficaci è diventato un argomento caldo nel settore della progettazione PCB oggi. Il metodo di progettazione della scheda PCB digitale ad alta velocità basato sull'analisi del computer di integrità del segnale può realizzare efficacemente l'integrità del segnale della progettazione PCB.

1. Panoramica dei problemi di integrità del segnale

Integrità del segnale (SI) si riferisce alla capacità di un segnale di rispondere con la corretta temporizzazione e tensione nel circuito. Se il segnale nel circuito può raggiungere l'IC con la tempistica, la durata e l'ampiezza di tensione richiesti, il circuito ha una migliore integrità del segnale. Al contrario, quando il segnale non può rispondere normalmente, si verifica un problema di integrità del segnale. In generale, i problemi di integrità del segnale si manifestano principalmente in cinque aspetti: ritardo, riflessione, crosstalk, rumore di commutazione sincrona (SSN) e compatibilità elettromagnetica (EMI).

Ritardo significa che il segnale viene trasmesso a una velocità limitata sui fili della scheda PCB e il segnale viene inviato dall'estremità di invio all'estremità ricevente, durante il quale c'è un ritardo di trasmissione. Il ritardo del segnale influenzerà la tempistica del sistema. In un sistema digitale ad alta velocità, il ritardo di trasmissione dipende principalmente dalla lunghezza del filo e dalla costante dielettrica del mezzo intorno al filo.

Inoltre, quando l'impedenza caratteristica dei fili sul circuito stampato PCB (chiamate linee di trasmissione nei sistemi digitali ad alta velocità) non corrisponde all'impedenza di carico, una parte dell'energia verrà riflessa lungo la linea di trasmissione dopo che il segnale raggiunge l'estremità ricevente, causando la forma d'onda del segnale da distorcere o persino apparire il superamento e il sottoshoot del segnale. Se il segnale viene riflesso avanti e indietro sulla linea di trasmissione, produrrà l'oscillazione dell'anello e dell'anello.

Poiché c'è capacità reciproca e induttanza reciproca tra due dispositivi o fili sul PCB, quando un dispositivo o segnale su un filo cambia, il suo cambiamento influenzerà altri dispositivi o induttanza attraverso capacità e induttanza reciproche. Filo metallico, cioè crosstalk. La forza del crosstalk dipende dalle dimensioni geometriche e dalla distanza reciproca dei dispositivi e dei fili.

Quando molti segnali digitali sulla scheda PCB sono commutati in modo sincrono (come bus dati CPU, bus indirizzi, ecc.), a causa dell'impedenza della linea di alimentazione e della linea di terra, verrà generato rumore di commutazione sincrono e il rimbalzo del piano di terra si verificherà sulla linea di terra. Rumore (indicato come bomba a terra). La forza di SSN e rimbalzo a terra dipende anche dalle caratteristiche IO del circuito integrato, dall'impedenza dello strato di alimentazione e dello strato piano di terra della scheda PCB e dal layout e cablaggio dei dispositivi ad alta velocità sulla scheda PCB.

Inoltre, come altri dispositivi elettronici, i PCB hanno anche problemi di compatibilità elettromagnetica, che sono principalmente legati al layout PCB e ai metodi di cablaggio.