電子設計 - 高速回路の詳細PCB逆流経路

1 .還流の基本概念

デジタルの原理 プリント回路基板 ダイヤグラム, 論理ゲートから別の論理ゲートへのディジタル信号の伝送, 出力端子から受信機までのワイヤを通る信号, 一方向流であるように見えます, したがって、多くのデジタル技術者は、ループ回路が関連しないと思っています, 結局, デバイスドライバと受信機を電圧モードとして指定する, なぜ電流を考えるのか! 事実上, 基本的な回路理論は、信号が電流によって伝えられることを我々に伝えます, 特に, 電子の動き, 電子の流れの1つは、電子の滞在の特徴の一つです, 現在の流れがどこに戻ってくるのか, したがって、電流は常にループに流れる, 閉ループの形で任意の信号の回路. 高周波信号伝送用, 実際には、伝送線路とDC層との間に挟まれた誘電体キャパシタを充電するプロセスである.

逆流の影響

バックフローは、通常、グランドおよびパワープレーンによってデジタル回路で達成される。高周波信号と低周波信号の逆流経路は異なる。低周波信号逆流はインピーダンス経路を選択し、高周波信号逆流は誘導リアクタンス経路を選択する。

信号の信号からドライバの信号線から信号の受信端まで電流が流れると、常に負荷の接地ピンから銅被覆面を通って信号源になり、信号線を流れる電流が閉ループを形成する。銅被覆面を流れる電流に起因するノイズ周波数は、信号周波数と等価であり、信号周波数が高いほど、ノイズ周波数が高くなる。論理ゲートは入力信号に応答せず、入力信号とリファレンスピンとの間の差に応答しない。単一点終端回路は、入力信号とその論理基準面との間の差に応答するので、接地基準面の外乱は、信号経路の外乱と同じくらい重要である。論理ゲートおよび応答するために指定された基準入力ピンPINは、参照ピン（TTLのために、通常は負のパワーである）が指定されているかを知らない。

多くのデジタル信号同期スイッチ（例えばCPUデータバス、アドレスバスなど）のPCBボードが上がるとき

電源コードおよび接地インピーダンスによって、同時スイッチングノイズ（SSN）が発生するので、過渡的な負荷電流は電源回路から、または回路によって接地に流れる。また，プリント基板サラウンド領域の電力線と接地線が大きい場合には，放射エネルギーも大きくなるので，ディジタルチップのスイッチング状態を解析し，逆流モードを制御するための対策を講じ，サラウンド領域を低減し，放射の目的を検討した。

例の説明

IC 1は信号出力端、IC 2は信号入力端（簡略化されたPCBモデルでは、受信端が下側の抵抗を含んでいると仮定し、第3層は地層である）。IC 1とIC 2の土地は、第3の地平線に由来する。上部層の右上隅は電源の正極に接続されたパワープレーンである。C 1、C 2はそれぞれIC 1、IC 2のデカップリングコンデンサである。図示のチップの電源及び接地は、送受信信号の電源及びグランドである。

低周波数では、S 1端子が高レベルになった場合、電流ループ全体はVCC電力面にワイヤを通って電源を供給し、次いで、オレンジ線をIC 1に、次いでS 1端子からR 1端子を通ってIC 2に、第2層のワイヤを通って、GND層に、電力負端子に戻る。

高周波数では，pcbの分布特性は信号に大きく影響する。しばしば逆流と呼ばれることは、高周波数信号で頻繁に遭遇する問題である。電流信号の増加に伴ってS 1〜R 1では、外部磁界が非常に速く変化し、接地面の第3の層が完全な平面であれば、逆電流の誘導に近い導体を作ることができ、トップ層のパワーが完全な平面を有する場合、電流のグランドプレーン標識上に青の破線を生成することができる。また、トップ層では、青色の点線に沿って逆流が生じる。現在、信号ループは、電流ループ、放射エネルギー、外部信号を結合する能力を有する。（高周波の皮膚効果もエネルギーを外側に放射し、原理は同じである。）

高周波信号レベルおよび電流は急速に変化するが、変化期間が短いため、必要なエネルギーはあまり大きくないので、チップはチップに近いデカップリングコンデンサによって電力を供給される。C 1が十分に大きくて、反応が十分に速い（非常に低いESR値で）、セラミックコンデンサは通常使われます（基板全体の電源に対応した電流があるが、図示した信号に対応した電流ではない）。

したがって、図の構成によれば、IC 1−S 1−L 2のC 1−Vccの正端子はIC 2−スルーホールの信号線−R 1−GNDの正端子−GND層−スルーホール−キャパシタ負端子の黄色経路である。見ることができるように、電流の垂直方向に茶色の等価電流があり、それは中央に磁場を誘起し、このトーラスもまた容易に外部干渉に結合される。図に示される信号がクロック信号である場合、同じチップの同じ電源によって電力供給される8ビットのデータラインのグループが並列にあり、現在の逆流経路は同じである。データ線が同時に同じ方向に反転されると、大きな逆方向電流がクロックに誘起され、このクロストークは、クロックラインが一致しない場合、クロック信号に致命的になり得る。クロストークの強度は、干渉源の高又は低レベルに比例せず、干渉源の電流変化率に比例する。純粋に抵抗負荷の場合、漏話電流はdi／dt＝dv／（t：10 %−90 %＊r）に比例する。式では、di／dt（電流変化率）、dv（干渉源の振幅）、R（干渉源の負荷）は、干渉源のパラメータ（容量性負荷の場合、di／dtはTと同じである。低周波信号のクロストークは、高速信号のクロストークよりも小さいことが式からわかる。すなわち、1 kHzの信号は、エッジの状況を考慮するために、必ずしも低速信号ではない。非常に急なエッジを持つ信号の場合、それは多くの高調波を含み、全オクターブで大きな振幅を有する。したがって、デバイスを選択する場合には、高速スイッチング速度でチップを選択しないように注意しなければならない。

信号の両端面に適切なコンデンサを有する任意の隣接する電源層または他の表面は、信号の逆流面として、GNDへの低リアクタンス経路を提供することができる。一般的な用途において、トランシーバに対応するチップのIO電源は、しばしば同じであり、一般に、電源と接地との間には、0.01〜0.1μFのデカップリングコンデンサがあり、これらのコンデンサは、信号の両端にちょうどあるので、パワープレーンの逆流効果は、接地面にのみ第2である。逆流のための他のパワープレーンを使用することによって、信号の両端の接地への低いリアクタンス経路はしばしばない。このように、隣接するプレーンにおいて、誘導される電流は、最も近いコンデンサを見つけて、グランドに復帰する。「近くの静電容量」が開始または終わりから遠い場合、逆流はまた、完全な逆流経路を形成するために「長距離」を通って行き、この経路は隣接する信号の逆流経路でもある。同じ逆流経路は、信号間のクロストークに相当する一般的な接地干渉と同じ効果を有する。

いくつかの避けられないクロスパワースプリットのために、コンデンサまたはRCシリーズで作られたハイパスフィルタは、スプリット（例えば、10オーム抵抗器直列680 pキャパシタ）で接続され得る。特定の値は、自身の信号タイプに依存する、すなわち、高周波逆流経路を提供するために、また、相互平面間の低周波クロストークを分離するためである）。これは、電源プレーン間でコンデンサを追加することを含むかもしれません。いくつかの仕様が許されないならば、キャパシタンスは分割点で2つの平面から別々に地面に引かれることができます。

リフローを行うために他のプレーンを使用する場合、信号の両端にいくつかの小さなコンデンサを適切に接地に追加して、還流経路を設けることができる。しかし、それはしばしば達成するのが難しいです。端子近傍の表面空間の大部分は整合抵抗器とチップのデカップリングコンデンサで占められる。

逆流騒音は基準面の主雑音の一つである。したがって，リターン電流の経路と流量範囲を研究する必要がある。