PCB 기술 - 고속 PCB 설계, 신호 무결성 문제 연구

집적회로 출력 전환 속도가 향상되고 PCB 보드 밀도가 증가함에 따라 신호 무결성 (영어: signal integrity, SI) 은 고속 디지털 PCB 설계에서 반드시 주목해야 할 문제 중 하나가 되었다.컴포넌트와 PCB 보드의 매개변수, PCB 보드에서의 컴포넌트 레이아웃 및 고속 신호의 경로설정 등은 신호 무결성 문제를 초래하여 시스템 작동이 불안정하거나 심지어 전혀 작동하지 않습니다.

PCB 신호 무결성 문제

양호한 신호 무결성은 신호가 필요할 때 정확한 시퀀스와 전압 레벨로 응답할 수 있다는 것을 의미한다.반대로 신호가 제대로 응답하지 않으면 신호 무결성 문제가 발생한다.

신호 무결성 문제는 신호 왜곡, 타이밍 오류, 부정확한 데이터, 주소 및 제어선, 시스템 오류 또는 시스템 충돌을 직접 초래할 수 있습니다.

PCB 신호 무결성 문제는 주로 신호 반사, 직렬 교란, 신호 지연 및 시간 오차를 포함합니다.

1. 반성

신호가 전송선에서 전송될 때 고속 PCB 업로드 송선의 특성 임피던스가 신호의 원본 임피던스 또는 부하 임피던스와 일치하지 않을 때 신호가 반사되어 신호의 파형이 과충, 하강하고 이로 인해 벨 현상이 발생한다.

오버샷 (Overshoot) 은 신호 변환의 첫 번째 피크 (또는 밸리 값) 를 말하며, 이는 전력 레벨보다 높거나 참조 레벨보다 낮은 추가 전압의 영향입니다.

언더샷(Undershoot)은 신호 변환의 다음 밸리(또는 피크)를 나타냅니다.과도한 과충전 전압은 일반적으로 오랜 시간 동안 영향을 미쳐 장치에 손상을 입힐 수 있으며, 과충전은 소음 여유를 낮추고, 벨은 신호 안정에 필요한 시간을 증가시켜 시스템 타이밍에 영향을 줄 수 있다.

2. 만담

PCB에서 직렬 교란은 신호가 전송선에서 전파될 때 전자기가 상호 커패시터와 상호 감지 결합을 통해 인접 전송선에 초래하는 원하지 않는 소음 교란을 말한다.그것은 같은 구역 내의 다른 구조로 인해 발생하는 전자장으로 인해 일어난다.상호 작용을 통해 생성됩니다.상호 커패시터는 결합 전류를 감지하여 커패시터 직렬 교란이라고 한다.상호 감지는 결합 전압을 감지하여 전감 직렬 교란이라고 한다.PCB에서 교란은 흔적선의 길이, 신호선의 간격과 참고접지평면의 조건과 관련된다.

3. 신호 지연 및 타이밍 오류

신호는 PCB의 도선에서 제한된 속도로 전송되며 신호는 구동단에서 수신단으로 전송되며 이 기간에 전송지연이 존재한다.너무 많은 신호 지연 또는 신호 지연 오류는 시퀀스 오류와 논리 장치 기능의 혼란을 초래할 수 있습니다.

신호 무결성을 보장하는 PCB 설계 방법

PCB 설계 과정에서 신호의 무결성을 더 잘 확보하려면 다음 몇 가지를 고려할 수 있습니다.

(1) 회로 설계의 주의사항.동기식 전환 출력의 수를 제어하고 각 유닛의 최대 에지 속도 (dI/dt 및 dV/dt) 를 제어하여 가장 낮고 수용 가능한 에지 속도를 얻는 것을 포함합니다.클럭 드라이브와 같은 고출력 기능 블록의 차등 신호를 선택합니다.전송 케이블에서 임피던스, 콘덴서 등과 같은 소스 컴포넌트가 상단에 연결되어 전송 케이블과 부하 간의 임피던스를 일치시킵니다.

(2) 평행선의 흔적선 길이를 최소화한다.

(3) 구성 요소는 I/O 커넥터 및 기타 간섭과 결합에 취약한 영역에서 멀리 떨어져 있어야 하며 구성 요소 간의 간격을 최소화해야 합니다.

(4) 신호 흔적선과 참조 평면 사이의 거리를 단축한다.

(5) 추적 임피던스와 신호 구동 레벨을 낮춘다.

(6) 터미널 일치.단자 일치 회로 또는 일치 컴포넌트를 추가할 수 있습니다.

(7) 배선이 서로 평행하지 않도록 하고 배선 사이에 충분한 배선 간격을 제공하며 전감 결합을 줄인다.

신호 무결성은 PCB 설계에서 간과할 수 없는 중요한 개념이다.PCB의 양호한 신호 무결성을 확보하기 위해 엔지니어는 각종 영향 요소를 종합하여 합리적으로 배치하고 배선하여 제품 성능을 향상시켜야 한다.