PCB 기술 - 고속 디지털 PCB 보드 설계의 신호

집적회로의 출력 스위치 속도가 향상되고 PCB 밀도가 증가함에 따라 신호 무결성은 고속 디지털 PCB 설계에서 반드시 주목해야 할 문제 중 하나가 되었다.컴포넌트와 PCB의 매개변수, PCB의 컴포넌트 레이아웃, 고속 신호선의 경로설정 등은 신호 무결성 문제를 일으킬 수 있습니다.

PCB 레이아웃의 경우 신호 무결성은 신호 타이밍이나 전압에 영향을 주지 않는 보드 레이아웃을 제공하고, 회로 레이아웃의 경우 신호 무결성은 종단 구성 요소, 레이아웃 정책 및 케이블 연결 정보를 제공합니다.

PCB의 높은 신호 속도, 종단 구성 요소의 잘못된 레이아웃 또는 고속 신호의 잘못된 경로설정은 시스템 출력이 잘못된 데이터, 회로가 제대로 작동하지 않거나 심지어 전혀 작동하지 않는 신호 무결성 문제를 일으킬 수 있습니다.어떻게 PCB를 설계하여 공정에서 신호 완전성 요소를 충분히 고려하고 효과적인 통제 조치를 취하는 것이 현재 PCB 설계 업계의 화제가 되었다

1.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, 오류 데이터, 주소 및 제어선, 시스템 오류 또는 시스템 충돌을 직접 초래할 수 있습니다.신호 무결성 문제는 단일 요소가 아니라 보드 레벨 설계에서 발생합니다.여러 가지 요인에 의해 야기되다.

IC 스위치 속도, 종단 어셈블리의 잘못된 레이아웃 또는 고속 신호의 잘못된 경로설정은 신호 무결성 문제를 일으킬 수 있습니다.주요한 신호 완전성 문제는 지연, 반사, 동기 스위치 소음, 진동, 접지 반등, 교란 등을 포함한다.

2. 신호 무결성의 정의

신호 무결성은 신호가 회로에서 정확한 시퀀스와 전압으로 응답하는 능력을 말한다.그것은 신호가 손상되지 않은 상태이며 신호선 신호의 질량을 나타냅니다.

2.1 지연

지연이란 신호가 PCB의 도선에서 제한된 속도로 전송되고 신호가 송신단에서 수신단으로 발송되는데 이 기간에 전송지연이 존재한다.신호의 지연은 시스템의 타이밍에 영향을 미치며 전송 지연은 주로 컨덕터의 길이와 컨덕터 주변 매체의 매전 상수에 따라 달라집니다.

고속 디지털 시스템에서 신호 전송선의 길이는 시계의 펄스 위상차에 영향을 주는 가장 직접적인 요소이다.클럭 펄스의 위상 차이는 수신부에 도달하는 시간이 동기화되지 않는 동시에 생성되는 두 개의 클럭 신호를 의미합니다.

클럭 펄스 위상 차이는 신호 가장자리 도달의 예측 가능성을 낮춥니다.클럭 펄스 위상 차이가 너무 크면 수신 포트에서 오차 신호가 발생합니다.그림 1에서 볼 수 있듯이 전송선 지연은 클럭 펄스 주기의 중요한 구성 요소가 되었습니다.

2.2 반사

반사는 보조 전송선의 반향이다.신호 지연 시간(delay)이 신호 변환 시간(transition time)보다 훨씬 클 경우 신호선을 전송선으로 사용해야 합니다.전송선의 특성 임피던스가 로드 임피던스와 일치하지 않으면 일부 신호 출력 (전압 또는 전류) 이 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.

2.3 동기식 스위치 노이즈(SSN)

PCB의 많은 디지털 신호가 동시에 전환될 때 (예를 들어 CPU의 데이터 버스, 주소 버스 등) 전원 코드와 지선의 임피던스로 인해 동시 전환 소음이 발생하고 지선에서도 지평면 반발 소음 (접지 폭탄) 이 발생한다.

SSN 및 접지 반발의 강도는 또한 집적 회로의 I/O 특성, PCB 전원 레이어 및 평면 레이어의 임피던스, PCB의 고속 부품의 레이아웃 및 케이블링에 따라 달라집니다.

2.4 만담

직렬 교란은 두 신호선 사이의 결합을 가리키며, 신호선 사이의 상호 감지와 상호 커패시터는 선로에서 소음을 발생시킨다.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.사실상 우리는 직렬교란을 완전히 제거할 필요가 없으며 이를 시스템이 감당할수 있는 범위내에서 통제하기만 하면 목표를 실현할수 있다.

PCB 레이어의 매개변수, 신호선 간격, 구동 및 수신 포트의 전기 특성 및 베이스라인 종료 방법은 직렬 교란에 일정한 영향을 미칩니다.

2.5 초과 조정 및 하위 조정

과충은 첫 번째 파봉이나 파곡이 설정 전압을 초과하는 것을 말한다.상승연은 최고 전압, 하강연은 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.

2.6 벨 및 플렉싱

진동 현상은 반복되는 과격과 하극이다.신호의 진동은 선로에서 과도하는 전감과 용량에 의해 발생하는 진동으로 저항력이 부족한 상태에 속하고 주위의 진동은 과저항력이 있는 상태에 속한다.

진동과 서라운드 진동도 반사 등 여러 가지 요인에 의해 일어난다.진동은 적당한 종료를 통해 감소할 수 있지만 완전히 제거할 수는 없다.

2.7 접지 반발 소음 및 반향 소음

회로에 큰 전류가 용솟음칠 때 접지 평면의 반발 소음을 일으킬 수 있다.예를 들어, 많은 수의 칩 출력이 동시에 전달되면 큰 순간적 전류가 칩과 보드의 전원 평면으로 흐릅니다.칩 패키징과 전원 평면의 감지 및 저항은 전원 소음을 일으켜 실제 접지 평면 (OV) 에서 전압 변동과 변화를 일으킬 수 있습니다.이 노이즈는 다른 어셈블리의 작업에 영향을 줍니다.

부하용량의 증가, 부하저항의 감소, 접지전감의 증가와 스위치부품의 수량의 증가는 모두 접지반등의 증가를 초래한다.

접지 평면 (전원 및 접지 포함) 의 구분 때문에, 예를 들어, 접지 평면은 디지털 접지, 아날로그 접지, 차폐 접지 등으로 나뉘며, 디지털 신호가 아날로그 접지 구역에 도달하면 접지 평면 반환 소음이 발생한다.

마찬가지로 전원 평면도 2.5V, 3.3V, 5V 등으로 나눌 수 있다. 따라서 다전압 PCB 설계에서는 접지 평면의 반발 소음과 복귀 소음에 각별히 주의해야 한다.