PCB Tecnico - Diversi problemi a cui prestare attenzione per una buona scheda PCB

Ci sono due modi per far funzionare i circuiti PCB ad alta velocità 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 una tensione del diodo inferiore al potenziale di terra. A livello di caduta, questo riduce l'entità del contraccolpo. Il bordo ascendente più lento permette l'overshoot, ma è influenzato dall'impedenza di uscita relativamente elevata (50～80Ω) del circuito nello stato di livello "H". attenuazione. 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, il metodo di formatura TTL introdotto sopra sembra essere alquanto inadeguato 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 bit rate, causando gravi distorsioni del segnale 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. Ci sono cinque fattori fondamentali per decidere se utilizzare una linea di trasmissione. 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) consentire la percentuale di contraccolpo e overshoot (il grado di riduzione dell'immunità AC).

2. Diversi tipi di linee di trasmissione

(1) Cavo coassiale 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 sul circuito stampato

La linea microstrip è un conduttore di striscia (linea di segnale). Un dielettrico è usato per isolarlo dal piano di terra. 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:

Nella formula: [Er è la permittività relativa del materiale dielettrico del cartone stampato

6 è lo spessore dello strato dielettrico

W è la larghezza della linea

t è lo spessore della linea

Il tempo di ritardo di trasmissione di una linea microtrip per unità di lunghezza dipende solo dalla costante dielettrica e non ha nulla a che fare con la larghezza o la spaziatura della linea.

(3) Strisce in tavole stampate

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 B della striscia è:

Dove: b è la distanza tra due assi di terra

W è la larghezza della linea

t è lo spessore della linea

Analogamente, il tempo di ritardo di trasmissione di una striscia per unità di lunghezza non ha nulla a che vedere con la larghezza o la spaziatura della linea; dipende solo dalla permittività relativa del mezzo utilizzato.

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.

4. Linea di trasmissione non terminata

Se il tempo di ritardo della linea è molto più breve del tempo di aumento del segnale, la linea di trasmissione può essere utilizzata senza terminazione di serie o terminazione parallela. Se un cavo non terminato ha un ritardo di andata e ritorno (il tempo necessario per un segnale di viaggiare sulla linea di trasmissione una volta) che impulso Il tempo di salita del segnale è breve, quindi il kickback causato dalla non terminazione è circa il 15% dell'oscillazione logica.

Tecnologia di cablaggio PCB

Se scegliere una scheda bifacciale o una scheda multistrato 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 linee di segnale vicine l'una all'altra, è meglio (2) evitare curve brusche durante la progettazione della linea di trasmissione del segnale per evitare riflessi causati da cambiamenti improvvisi nell'impedenza caratteristica della linea di trasmissione e cercare di 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.

(4) Per tavole bifacciali (o linee a quattro strati in schede 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 sul circuito stampato, quali relè, indicatori luminosi, altoparlanti, ecc., i loro fili di terra dovrebbero essere separati per ridurre il rumore sul cavo di terra. I fili di terra di questi dispositivi ad alta corrente dovrebbero collegarsi 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.