PCB 블로그 - 고속 PCB 보드 설계에서의 직렬 교란 분석 및 제어 연구

빠르게 발전하는 PCB 보드 설계 분야에서 고속화와 소형화는 이미 하나의 추세가 되었다.전자 시스템의 크기를 줄이면서 시스템의 속도와 성능을 유지하고 향상시키는 방법은 설계자가 직면 한 중요한 문제가되었습니다.EDA 기술은 정적 타이밍 분석, 신호 무결성 분석, EMI/EMC 설계, 접지 반발 분석, 전력 분석 및 고속 라우터와 같은 고속 PCB 및 보드 수준의 시스템을 위한 완벽한 설계 분석 도구 및 방법을 개발했습니다.이와 동시에 신호완전성검증과 서명, 설계공간검측, 상호련결계획, 전기규칙의 제약을 받는 상호련결종합, 시스템 등 기술방법의 제기도 신호완전성문제를 능률적이고 더욱 잘 해결하는데 가능성을 제공해주었다.여기서 우리는 신호의 완전성 문제에서 신호 교란의 분석 방법과 그 통제에 대해 토론할 것이다.

1.직렬 교란 신호의 생성 메커니즘

직렬 교란은 신호가 전송 채널에서 전송될 때 전자기 결합으로 인해 인접한 전송선에 원치 않는 영향을 미치고 일정한 결합 전압과 결합 전류가 방해되는 신호에 주입되는 것을 말한다.너무 많은 직렬 장애로 인해 회로 오류가 발생하여 시스템이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.그림 1에 표시된 회로에서 AB 사이의 문은 Aggressor Line, CD 사이의 문은 Victim Line이라고 합니다.일단 공격자가 상태를 바꾸면, 우리는 피해자의 펄스 교란을 관찰할 수 있다.전송 채널의 신호 전송은 인접한 전송 라인에서 두 가지 다른 유형의 소음 신호를 생성합니다: 커패시터 결합 신호와 센싱 결합 신호.커패시터 결합은 간섭된 물체(Victim)의 변화에 대한 간섭원(Aggressor)의 전압(Vs)의 전자기 간섭으로 인해 유도 전류(i)가 상호 커패시터 Cm을 통과하고, 센싱 결합은 간섭원으로 인해 발생한다.전류 (Is) 의 변화로 생성 된 자기장은 상호 감지 (Lm) 를 통해 방해 물체에서 감지 전압 (V) 으로 인한 전자 방해를 일으킵니다.

2. 전류가 직렬 교란에 미치는 영향

직렬 교란은 방향이 있고 그 파형은 전류 방향의 함수이다.여기서 우리는 두 가지 상황에서의 신호 시뮬레이션을 보자.첫 번째 상황은 방해원 실크스크린과 방해된 물체 실크스크린의 전류가 같은 방향에서두 번째 시나리오는 간섭원 금속 와이어와 간섭된 물체 금속 와이어의 전류 방향이 반대인 경우입니다 (즉, 점 B에 있는 금속 와이어는 구동원이고 점 A에 있는 금속 와이어는 구동원입니다. 점은 부하입니다).AB와 CD 회선망은 모두 20MHz의 신호를 증가시켰다.시뮬레이션 결과를 보면 전류 방향이 반대일 때 원거리 교란의 최고치(357.6mm)가 전류 방향이 같을 때의 원거리 교란 최고치(260.5mm)보다 크다는 것을 알 수 있다.이와 동시에 그림4에서 알수 있다싶이 교란원의 전류가 변화될 때 피교란원의 직렬교란극성도 변화된다.이것은 직렬 교란의 폭과 극성이 해당 교란원에서 신호의 전류와 관련이 있음을 나타냅니다.D점의 원거리 교란은 일반적으로 근단 C점의 교란보다 크다. 따라서 교란 억제에서는 회선 네트워크의 피크 교란 전압을 검사할 때 D점의 원거리 교란을 고려해야 할 핵심 요소로 삼는다.

3. 신호원 주파수와 가장자리 회전율

교란 신호의 주파수가 높을수록 교란 물체의 교란 폭이 커진다.그림 1에서 간섭 네트워크 AB의 신호 주파수 f1이 각각 다른 주파수 값을 취했을 때, 우리는 간섭 대상의 직렬 간섭을 시뮬레이션했다.신호 주파수가 다른 직렬 교란 파형의 경우 화살표가 표시된 "1" 과 "2" 의 파형 주파수는 각각 "500MHz" 와 "100MHz" 입니다.시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이, 방해된 물체의 직렬 교란 전압은 방해원 신호의 주파수와 정비례한다.간섭 소스의 주파수가 100MHz보다 크면 간섭을 억제하기 위해 필요한 조치를 취해야 합니다.이와 동시에 그림5에서 알수 있다싶이 교란원의 주파수가 500MHz에 달할 때 교란된 물체의 근단점C의 교란이 원단점D의 교란보다 크며 이는 용량결합이 이미 전감결합을 초과하여 주요한 교란요소로 되였음을 표명한다.이런 상황에서 반드시 원거리교란을 잘 처리해야 할뿐만아니라 늘 홀시되는 근거리교란을 조심해서 처리해야 한다.이밖에 우리는 직렬교란에 큰 영향을 미치는 또 하나의 요소를 분석해보자. 그것은 바로 신호의 변두리회전률이다.가장자리) 는 더 큰 영향을 미치며 가장자리가 더 빨리 변할수록 더 큰 영향을 미칩니다.가장자리 회전율이 큰 부품은 현대 고속 디지털 회로의 설계에서 점점 더 광범위하게 사용되고 있기 때문에 이러한 부품의 신호 주파수가 높지 않더라도 지나치게 많은 교란이 발생하지 않도록 조심스럽게 라우팅해야 한다.

4. 두 선의 선 간격 P와 평행 길이 L이 직렬 크기에 미치는 영향

두 선 사이의 거리와 평행 길이가 변하지 않는 경우 간섭할 객체의 간섭이 감지됩니다 ("1"로 표시됨).두 번째 시나리오는 두 선의 평행 길이가 변경되지 않는 한 두 선 사이의 거리를 10mils로 늘리는 것입니다.그런 다음 방해되는 물체의 직렬 교란 표시"2"를 감지합니다.세 번째 시나리오는 두 선 사이의 거리가 변하지 않는 경우 두 선의 평행 길이를 2.6인치 표시 "3"으로 늘린 다음 방해되는 물체의 교란을 감지하는 것입니다.시뮬레이션 결과를 보면 두 선 사이의 거리가 증가할 때(P가 5mils에서 10mils로 변경됨) 교란이 현저하게 감소하고, 두 선의 평행 길이가 길어질 때(L이 1.3인치에서 2.6인치로 변경됨) 교란이 현저하게 증가한다는 것을 알 수 있다.이로부터 알수 있는바 직렬교란전압의 크기는 두 선로간의 거리와 반비례하고 두 도선의 평행길이와 정비례하지만 이는 완전한 다중관계가 아니다.배선 공간이 작거나 배선 밀도가 높을 때, 실제 고속 회로에서 배선할 때 고주파 신호선이 인접 신호선과 교란되는 것을 방지하기 위해 그리드 레벨의 오류가 발생할 수 있습니다. 배선 자원은 특정 조건에서선 간격 (차선 제외) 은 가능한 한 가깝게 켜고 두 개 이상의 신호선의 평행 길이를 줄여야 합니다.이렇게 하면 부족한 케이블 연결 리소스를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 간섭을 효과적으로 억제할 수 있습니다.

5.접지평은 교란의 영향에 직면한다

다중 레이어 PCB 보드에는 일반적으로 여러 개의 신호 레이어와 여러 개의 전력 레이어가 포함되며 표준 마이크로 밴드 및 밴드 전송 케이블을 형성하기 위해 여러 개의 신호 및 전력 레이어를 계층화합니다.마이크로밴드 전송선과 밴드형 전송선 부근에는 일반적으로 하나의 전원 평면이 있고, 상응하는 신호층과 전원층은 전매체로 채워져 있다.이 전매질층의 두께는 전송선의 특성 임피던스에 영향을 주는 중요한 요소이다.두꺼워지면 전송선의 특성 임피던스가 커지고 얇아지면 전송선의 특성 임피던스가 더 작아집니다.전송선과 접지 평면 사이의 개전층의 두께는 직렬 교란에 큰 영향을 미친다.동일한 경로설정 구조의 경우 개전층의 두께가 두 배가 될 때 직렬 교란이 크게 증가합니다.이와 동시에 같은 두께의 개전층에 대해 막대전송선의 직렬교란은 마이크로대역전송선보다 작다.접지평이 서로 다른 구조의 전송선에 대한 영향도 다르다는 것을 알 수 있다.따라서 고속 PCB 경로설정에서 밴드 전송선을 사용하면 마이크로밴드 전송을 사용하는 것보다 더 좋은 직렬 교란 억제를 실현할 수 있다.

6. 직렬 교란의 제어

인터럽트를 제거하는 것은 불가능하며, 우리는 인터럽트를 용인할 수 있는 범위 내에서만 통제할 수 있다.그러므로 우리는 PCB를 설계할 때 다음과 같은 조치를 취할수 있다. 1) 배선공간이 허용되면 선로간의 거리를 증가한다.2) 레이어를 계산할 때 임피던스 요구 사항을 충족하는 조건에서 신호층과 접지층 사이의 거리를 줄입니다.3) 고속 시스템 클럭과 같은 주요 고속 신호를 차등선 쌍으로 설계합니다.4) 두 신호 레이어가 인접한 경우 직교 방향으로 경로설정하여 레이어 사이의 레이어 수를 줄입니다.연축기;5) 고속 신호선을 밴드형 또는 내장형 마이크로밴드선으로 설계한다.6) 주선할 때 평행선의 길이를 줄여 점동모드에서 주선할 수 있다.7) 시스템 설계 요구 사항을 충족하는 경우 PCB 보드의 저속 장치를 최대한 사용합니다.