PCB 기술 - 내장형 시스템 PCB의 신호 무결성을 향상시키는 방법

전자 기술의 부단한 진보에 따라 임베디드 시스템은 점점 더 많은 응용을 얻을 것이다.이 많은 애플리케이션에서는 기능과 성능이 아니라 신뢰성과 호환성을 고려하고 있습니다.그렇다면 케이블 연결 기술을 통해 임베디드 시스템 PCB의 신호 무결성을 향상시키는 방법은"중요한 문제"가 됩니다.

PCB (Printed Circuit Board, 인쇄회로기판) 는 전자제품에서 회로부품의 기본지지로서 그 설계품질은 흔히 임베디드시스템의 신뢰성과 호환성에 직접적인 영향을 준다.과거에는 일부 저속 회로 기판에서 클럭 주파수가 보통 10MHz 정도였습니다.회로 기판 또는 패키징 설계의 주요 과제는 이중 기판에 모든 신호선을 경로설정하는 방법과 조립 중에 패키징을 손상시키지 않는 방법입니다.

상호 연결선은 시스템 성능에 영향을 주지 않으므로 상호 연결선의 전기적 특성은 중요하지 않습니다.이런 의미에서 말하면 신호저속회로기판의 상호련결선로는 매끄럽고 투명하다.그러나 임베디드 시스템의 발전에 따라 사용되는 회로는 기본적으로 고주파 회로입니다.시계의 주파수가 증가함에 따라 신호의 상승 연변이 짧아지고, 인쇄회로가 신호를 통해 발생하는 내성과 전감은 인쇄회로 자체의 저항보다 훨씬 커서 신호의 완전성에 심각한 영향을 줄 것이다.임베디드 시스템의 경우 당시 시계 주파수가 100MHz를 초과하거나 상승선이 1ns 미만일 때 신호 무결성 효과가 중요해졌다.

PCB에서 신호선은 신호전송의 주요담체로서 신호선의 배선은 신호전송의 우월성을 직접 결정하게 되는데 이는 전반 임베디드시스템의 성능에 직접적인 영향을 준다.케이블 연결 불합리는 다양한 신호 무결성 문제를 심각하게 초래하고 회로에 시간 순서, 소음 및 전자기 간섭 (EMI) 을 초래하여 내장 시스템의 성능에 심각한 영향을 미칩니다.이에 본고는 고속 디지털 회로에서 신호선의 실제 전기적 특성에서 출발하여 전기적 특성 모델을 구축하여 신호의 완전성에 영향을 주는 주요 원인과 문제를 해결하는 방법을 찾아내고 배선에서의 문제와 따라야 할 방법과 기술에 주의하고자 한다.

신호 무결성

신호 무결성은 신호 선상 신호의 질량, 즉 신호가 회로에서 정확한 시퀀스와 전압 레벨로 응답하는 능력을 말한다.좋은 신호 무결성을 가진 신호는 필요할 때 도달해야하는 전압 레벨을 가지고 있음을 의미합니다.신호의 무결성이 떨어지는 것은 단일 요인에 의한 것이 아니라 보드 레벨 설계의 여러 요인에 의한 것이다.신호 무결성 문제는 지연, 반사, 교란, 과격, 진동 및 접지 반등을 포함하여 많은 측면에 반영됩니다.

지연: 지연은 PCB 보드의 전송 라인에서 제한된 속도로 신호를 전송하는 것을 의미합니다.신호가 송신에서 송신으로 전송되는 동안 전송 지연이 있습니다.신호 지연은 임베디드 타이밍에 영향을 미칩니다.전송 지연은 주로 컨덕터의 길이와 컨덕터 주변 매체의 개전 상수에 따라 달라집니다.고속 디지털 시스템에서 신호 전송선의 길이는 시계의 펄스 위상차에 영향을 주는 가장 직접적인 요소이다.클럭 펄스의 위상차는 동시에 발생하는 두 클럭 신호가 수신단에 도달하여 동기화되지 않는 시간을 가리킨다.클럭 펄스 위상 차이는 신호 가장자리 도달의 예측 가능성을 낮춥니다.클럭 펄스 위상 차이가 너무 크면 수신 포트에서 오차 신호가 발생합니다.

반사: 반사는 신호선 신호의 메아리이다.신호 지연 시간이 신호 변환 시간보다 훨씬 긴 경우 신호선을 전송선으로 사용해야 합니다.전송선의 특성 임피던스가 로드 임피던스와 일치하지 않으면 신호 출력 (전압 또는 전류) 중 일부가 회선으로 전송되어 로드에 도달하지만 일부는 반사됩니다.로드 임피던스가 원래 임피던스보다 작으면 반사가 음수가 됩니다.그렇지 않으면 반사가 양수입니다.이 반사는 케이블 연결 형상의 변경, 잘못된 컨덕터 끝, 커넥터를 통한 전송 및 전원 평면의 불연속성으로 인해 발생할 수 있습니다.

직렬교란: 직렬교란은 두 신호선간의 결합으로서 신호선간의 상호감지와 용량은 신호선에서 소음을 산생한다.커패시터 결합 유도 결합 전류, 유도 결합 유도 결합 전압.직렬 소음은 신호선 네트워크 간, 신호 시스템과 배전 시스템 간, 그리고 구멍 사이의 전자기 결합에서 비롯된다.교차 권선은 가짜 시계, 간헐적 데이터 오류 등을 초래하여 인접 신호의 전송 품질에 영향을 줄 수 있다.현실에서 인터럽트는 완전히 제거될 수는 없지만 시스템이 감당할 수 있는 범위 내에서 통제할 수 있다.PCB 레이어의 매개변수, 신호선 간격, 구동 및 수신 포트의 전기 특성 및 베이스라인 종료 방법은 직렬 교란에 일정한 영향을 미칩니다.

과충과 하충: 과충은 설정된 전압을 초과하는 첫 번째 피크 또는 밸리 값입니다.상승변의 경우, 그것은 최고 전압을 가리킨다;하강 모서리의 경우, 그것은 최저 전압을 가리킨다.하충이란 다음 곡물 값 또는 피크가 설정 전압을 초과하는 것을 말한다.너무 큰 과충격은 보호 다이오드 작업을 초래하여 너무 일찍 효력을 잃게 할 수 있다.너무 많은 다운스트림은 잘못된 시계 또는 데이터 오류 (오작동) 를 일으킬 수 있습니다.

진동과 고리형 진동: 진동 현상은 중복된 과충과 하충이다.신호 진동은 선로에서 과도하는 전감과 용량에 의해 발생하는 진동으로 저항이 부족한 상태에 속하고 주변 진동은 과저항 상태에 속한다.진동과 서라운드 진동도 반사 등 여러 가지 요인에 의해 일어난다.진동은 적당한 종료를 통해 감소할 수 있지만 완전히 제거할 수는 없다.

접지 반발 소음 및 복귀 소음: 회로에 큰 전류 서지가 발생하면 접지 반발 소음이 발생합니다.예를 들어, 대량의 칩 출력이 동시에 켜지면 칩과 회로기판 사이에 매우 큰 순간적 전류가 흐른다.전원 평면이 흐르면 칩 패키징과 전원 평면의 감지 및 저항이 전원 소음을 일으키며 이는 다른 구성 요소의 동작에 영향을 미치는 실제 접지 평면에서 전압 변동과 변화를 일으킵니다.부하용량의 증가, 부하저항의 감소, 접지전감의 증가와 스위치부품의 수량의 증가는 모두 접지반등의 증가를 초래한다.

전송 채널 전기 특성 분석

다중 레이어 PCB에서 대부분의 전송선은 단일 레이어뿐만 아니라 여러 레이어에 교차하며 각 레이어가 구멍을 통해 연결됩니다.따라서 다중 계층 PCB에서 일반적인 전송 채널은 전송 케이블, 경로설정 각도 및 오버홀 등 세 부분으로 구성됩니다.저주파의 경우 인쇄선과 흔적선이 구멍을 통과하면 부동한 부품의 발을 련결하는 일반전기련결로 간주될수 있는데 이는 신호질량에 큰 영향을 주지 않는다.그러나 고주파 상황에서 인쇄선, 코너 및 오버홀은 연결성뿐만 아니라 고주파에서의 전기 특성과 기생 매개변수의 영향도 고려해야 한다.

고속 PCB에서 전송선의 전기 특성 분석

고속 PCB 설계에서는 불가피하게 많은 신호 연결선을 사용해야 하며 길이가 다르다.연결선을 통과하는 신호의 지연 시간은 신호 자체의 변화 시간에 비해 무시할 수 없습니다.신호는 전자파의 속도로 연결선에 있다.전송에 있어서 이때의 연결선은 저항, 용량, 전기 감각을 가진 복잡한 네트워크로서 분포 파라미터 시스템 모델로 묘사해야 한다. 즉 전송선 모델이다.

전송선은 신호를 한쪽 끝에서 다른 쪽으로 전송하는 데 사용됩니다.일정한 길이의 컨덕터 두 개로 구성되며 하나는 신호 경로라고 하고 다른 하나는 반환 경로라고 합니다.저주파 회로에서 전송선의 특성은 순수 저항 전기 특성으로 나타난다.a에서 전송 신호의 주파수가 증가함에 따라 도선 사이의 용량 저항이 줄어들고 도선의 전감 저항이 커진다.신호선은 더 이상 순수 저항이 아닙니다. 즉, 신호는 도선뿐만 아니라 도체 사이의 매체에서도 전파됩니다.신호 주파수가 더 증가하면 jÍL>>R일 때 1/(j \2050C) <균일한 도선의 경우 외부 환경이 어떻게 변하든 전송선의 저항 R, 기생 감지 L, 기생 용량 C는 균일하게 분포됩니다 (즉, L1 = L2 = ☎ = Ln; C1 = ☎ = C2 = ☎ = Cn+1).