전자 설계 - 고속 회로 PCB 환류 경로 세부 사항

1. 환류의 기본 개념

디지털 인쇄 회로 기판 다이어그램의 원리는 디지털 신호가 하나의 논리 게이트에서 다른 논리 게이트로 전송되고, 신호는 도선을 통해 출력단에서 수신기로 전송되며, 이는 일종의 단방향 흐름인 것 같기 때문에 많은 디지털 엔지니어들은 루프가 관련이 없다고 생각한다. 결국 장치 드라이버와 수신기는 전압 모드로 지정되어 있다.왜 전류를 생각해!사실, 기본 회로 이론은 우리에게 신호는 전류를 통해 전송된다는 것을 알려준다. 구체적으로 말하자면, 전자의 운동이다. 전자 흐름은 전자의 특징 중의 하나이다. 영원히 어느 곳에 머물지 않는다. 어느 곳의 전류도 돌아온다. 그래서 전류는 항상 회로에서 유동한다. 회로 중의 임의의 신호는 모두 폐쇄 고리의 형식으로 존재한다.고주파 신호 전송의 경우 전송선과 직류층 사이에 낀 미디어 콘덴서를 실제로 충전하는 과정입니다.

2. 환류의 영향

환류는 일반적으로 디지털 회로에서 접지와 전원 평면을 통해 이루어진다.고주파 신호와 저주파 신호의 회류 경로가 다르다.저주파 신호 회류는 임피던스 경로를, 고주파 신호 회류는 임피던스 경로를 각각 선택합니다.

전류가 신호의 드라이브에서 신호선을 통해 신호의 수신단으로 유입될 때, 항상 반대 방향의 회류가 있다: 부하의 접지에서 발을 끌어당겨 구리 도금 평면을 통해 신호원에 도달하고, 전류가 신호선을 통해 폐쇄 고리를 형성한다.구리 도금 평면을 흐르는 전류로 인한 소음 주파수는 신호 주파수와 같으며 신호 주파수가 높을수록 소음 주파수가 높다.논리문은 입력 신호에 응답하지 않고 입력 신호와 참조 핀의 차이에 응답합니다.단일 포트 회로는 입력 신호와 논리적 참조 평면 간의 차이에 응답하므로 지상 참조 평면의 간섭은 신호 경로의 간섭과 마찬가지로 중요합니다.논리 게이트와 지정된 참조 입력 핀 핀으로 응답합니다. 우리는 어느 것이 지정된 참조 핀 (TTL의 경우 일반적으로 음수 전력, ECL의 경우 일반적으로 양수 전력이지만 전부는 아님) 인지 알 수 없습니다. 본질적으로 차등 신호에 대한 간섭 방지 능력은 무작위 소음과 출력 슬라이딩 평면에 좋은 효과가 있습니다.

CPU 데이터 버스, 주소 버스 등과 같은 많은 디지털 신호의 PCB 보드 동기화 스위치가 있는 경우

순간적 부하 전류는 전원 회로 또는 회로를 통해 지상으로 유입됩니다. 전원 코드와 지상의 임피던스로 인해 스위치 노이즈(SSN)가 동시에 발생하며 지상에는 접지 평면 반발 노이즈(재생)가 발생합니다.그러나 인쇄판의 전원선과 접지선의 포위면적이 비교적 클 때 그들의 복사에네르기도 비교적 크므로 우리는 디지털칩의 스위치상태를 분석하고 조치를 취하여 환류모식을 통제함으로써 포위면적을 줄이고 복사의 목적을 달성하였다.

예제 설명:

IC1은 신호 출력단이고, IC2는 신호 입력단(단순화된 PCB 모델의 경우 수신단에 하부 저항이 포함된다고 가정), 3층은 지층이다.IC1과 IC2의 토지는 3층에서 유래했다.TOP 레이어의 오른쪽 위 모서리는 전원 양극에 연결된 전원 평면입니다.C1과 C2는 각각 IC1과 IC2의 디커플링 커패시터입니다.그림에서 볼 수 있는 칩의 전원과 접지는 신호를 발사하는 전원이자 신호를 수신하는 접지이다.

저주파에서 S1 단자가 높은 레벨을 출력하면 전체 전류 회로는 전원이 도선을 통해 VCC 전원 평면에 도달한 다음 주황색 경로를 통해 IC1에 진입한 다음 S1 단자를 벗어나고 2층 도선을 통해 R1 단자를 통해 IC2에 진입한 다음 GND 층에 진입하고 빨간색 경로를 통해 전원 음극 단자로 돌아간다.

고주파에서 PCB의 분포 특성은 신호에 큰 영향을 줄 수 있다.일반적으로 환류라고 하는 것은 고주파 신호에서 자주 발생하는 문제이다.S1부터 R1까지 전류 신호가 증가함에 따라 외부 자기장의 변화가 매우 빨라 도체 부근에서 역방향 전류를 감지할 수 있고, 접지층의 3층이 완전한 평면이라면 접지층에 파란색 점선 표기 전류를 생성할 수 있으며, TOP층의 출력이 완전한 평면을 가지고 있다면최상위 파란색 점선 회류도 나타납니다.현재 신호 회로에는 전류 회로, 복사 에너지, 외부 신호를 결합하는 능력이 있다.(고주파 때의 피부 추종 효과도 외부로 에너지를 방사한다. 원리도 같다.)

고주파 신호는 평온하고 전류의 변화가 매우 빠르지만 변화 주기가 짧기 때문에 필요한 에너지가 그리 크지 않기 때문에 칩은 칩에 가까운 디커플링 콘덴서에 의해 전력을 공급한다.C1이 충분히 크고 충분히 빨리 반응할 때 (ESR 값이 매우 낮으며 일반적으로 세라믹 콘덴서를 사용합니다. 슬라이스 콘덴서의 ESR은 탄탈럼 콘덴서보다 훨씬 낮습니다. 최상위 층의 주황색 경로와 GND 층의 빨간색 경로는 존재하지 않는 것으로 간주 될 수 있습니다.(전체 보드의 전원에 해당하는 전류가 있지만 표시된 신호에 해당하는 전류는 없습니다.)

따라서 그림에 구축된 환경에 따라 전체 전류 경로는 다음과 같다: IC1-S1-L2 신호선 C1-VCC의 양극 단자 -IC2의 R1-GND- 통공 -GND 층의 노란색 경로 -통공 -콘덴서 음극 단자.보시다시피, 전류의 수직 방향에는 갈색 등가 전류가 있는데, 그것은 중간에서 자기장을 감지하고, 이 고리면도 외부 간섭과 쉽게 결합한다.그림에 표시된 신호가 클럭 신호인 경우 동일한 칩의 동일한 전원으로 작동하는 8비트 데이터 케이블 세트가 병렬되어 있으며 전류 환류 경로가 동일합니다.데이터 케이블이 동시에 같은 방향으로 뒤집히면 클럭에서 큰 역방향 전류를 감지할 수 있으며 클럭 케이블이 제대로 일치하지 않으면 클럭 신호에 치명적일 수 있습니다.직렬 교란의 강도는 교란원의 높은 레벨이나 낮은 레벨과 비례하지 않고 교란원의 현재 변화율과 비례한다.순수 저항 부하의 경우 직렬 전류는 dI/dt=dV/(T?10%-90%*R)에 비례합니다.공식에서 dI/dt(전류 변화율), dV(간섭원 진폭), R(간섭원 부하)은 간섭원의 매개 변수(전용성 부하의 경우 dI/dt는 T와 동일?10~90%의 제곱이 반비례한다.)。공식에서 볼 수 있듯이 저주파 신호의 교란이 반드시 고속 신호의 교란보다 작은 것은 아니다.즉, 우리는 1KHz 신호가 반드시 저속 신호는 아니며 가장자리의 상황을 고려해야 한다고 말한다.가장자리가 매우 가파른 신호의 경우, 그것은 많은 고조파를 포함하며, 모든 8도 음계에서 매우 큰 진폭을 가지고 있다.그러므로 부품을 선택할 때 우리는 전환속도가 빠른 칩을 맹목적으로 선택하지 말아야 한다. 이렇게 하면 원가가 높을뿐만아니라 교란과 EMC문제도 증가된다.

인접한 전원 레이어나 신호 양쪽 끝에 적절한 커패시터가 있어 GND의 다른 표면까지 낮은 저항 경로를 제공할 수 있습니다. 일반적으로 트랜시버에 해당하는 칩의 IO 전원은 신호의 회류 표면으로 사용됩니다.전원과 땅 사이에는 일반적으로 0.01-0.1uF의 디커플링 콘덴서가 있는데, 이 콘덴서는 신호의 양쪽 끝에 위치하기 때문에 전원 평면의 환류 효과는 지면 다음으로 크다.다른 출력 평면을 사용하여 역류하는 경우 신호의 양쪽 끝에는 일반적으로 땅에 도달하는 저항 저항 경로가 없습니다.이렇게 하면 인접 평면에서 감지된 전류가 가장 가까운 콘덴서를 찾아 바닥으로 돌아갑니다."근접 커패시터"가 시작점이나 끝점에서 멀리 떨어져 있으면 회류도"장거리"를 거쳐 완전한 회류 경로를 형성하는데, 이 경로는 인접 신호의 회류 경로이기도 하다.동일한 환류 경로는 공지 간섭과 동일한 효과를 가지며 이는 신호 간의 간섭에 해당합니다.

일부 불가피한 교차 전력 분로의 경우, 콘덴서 또는 RC 시리즈로 만든 하이 패스 필터는 분로에 걸쳐 연결될 수 있습니다 (예를 들어, 10 옴 저항기 시리즈 680p 콘덴서는 고유의 신호 유형에 따라 다릅니다. 즉, 고주파 회류 경로를 제공하지만 상호 평면 간의 저주파 간섭도 격리합니다.).이것은 전원 평면 사이에 콘덴서를 추가하는 것과 관련될 수 있습니다. 이것은 우스꽝스럽게 보일 수 있지만 실제로 효과가 있습니다.일부 사양명세가 허용하지 않는 경우 두 평면에 접지할 수 있는 접지점을 분리할 수 있습니다.

다른 평면을 사용하여 환류하는 경우 신호의 양 끝에 적당히 바닥에 몇 개의 작은 콘덴서를 추가하여 환류 경로를 제공할 수 있습니다.그러나 이는 일반적으로 달성하기 어렵습니다.단자 부근의 대부분의 표면 공간은 저항기와 칩을 일치시키는 디커플링 콘덴서가 차지한다.

리버스 노이즈는 참조 평면의 주요 노이즈 중 하나입니다.따라서 환류의 경로와 유량 범위를 연구할 필요가 있다.