PCB 기술 - 고속 PCB의 신호 회류 및 교차 분할

고속 PCB의 신호 회류와 교차 분할은 무엇입니까?

IC1은 신호 출력 단자, IC2는 신호 입력 단자(PCB 모델 w ww.pcblx.com을 단순화하기 위해 수신 단자가 아래에 연결된 저항기를 포함한다고 가정), 3층은 접지층이다.IC1과 IC2의 접지는 모두 제3접지 평면에서 나온다.최상위 오른쪽 위 모서리는 전원 공급 장치의 양극에 연결되는 전원 평면입니다.C1과 C2는 각각 IC1과 IC2의 디커플링 커패시터입니다.그림에 표시된 칩의 전원과 접지 핀은 신호 송신과 수신단의 전원과 땅이다.

저주파에서 S1 단자가 높은 레벨을 출력하면 전체 전류 회로는 전원이 컨덕터를 통해 VCC 전원 평면에 연결된 다음 주황색 경로를 통해 IC1로 진입한 다음 S1 단자에서 나와 두 번째 컨덕터를 따라 R1 단자를 통해 IC2로 진입하는 것입니다.그런 다음 GND 레이어에 들어가 빨간색 경로를 통해 전원 공급 장치의 음극으로 돌아갑니다.

그러나 고주파에서는 PCB 보드의 분포 특성이 신호에 큰 영향을 미친다.우리가 자주 이야기하는 지상 회파는 고주파 신호에서 자주 부딪히는 문제이다.신호선의 전류가 S1에서 R1로 증가하면 외부 자기장이 빠르게 변화하여 근처의 도체에서 역방향 전류를 감지합니다.3층의 접지층이 완전한 접지층이면 접지층에 파란색 점 전류가 존재합니다.최상위에 전체 전원 평면이 있으면 최상위에도 파란색 선이 있습니다.점형 회류.이때 신호회로는 가장 작은 전류회로를 갖고있어 외부로 복사되는 에네르기가 가장 작고 외부신호를 결합하는 능력도 가장 작다.(고주파 때의 피부 흐름 효과도 가장 작은 외부 복사 에너지로 원리는 같다.) 고주파 신호는 전류의 변화가 빠르지만 변화 주기가 짧아 필요한 에너지가 크지 않기 때문에 칩은 칩에서 가장 가까운 디커플링 콘덴서로 전력을 공급한다.C1이 충분히 크고 응답이 빠를 때 (ESR 값이 매우 낮으며 일반적으로 세라믹 콘덴서를 사용합니다. 세라믹 콘덴서의 ESR은 탄탈럼 콘덴서보다 훨씬 낮습니다.),최상위 레이어의 주황색 경로와 GND 레이어의 빨간색 경로는 없는 것으로 간주할 수 있습니다 (전체 보드의 전원에 해당하는 전류는 있지만 그림에 표시된 신호에 해당하는 전류는 없습니다).

따라서 그림에서 구성한 환경에 따라전류의 전체 경로는 C1의 양극 - "IC1의 VCC-" S1- "L2 신호선-" R1- "IC2의 GND-" 통과 - "GND 층의 노란색 경로-" 통과 -"콘덴서 음극. 전류의 수직 방향에 갈색 등가 전류가 있고 중간에 자기장을 감지하는 것을 볼 수 있다. 동시에 이 고리는 외부 간섭에 쉽게 결합된다. 그림의 신호가 시계 신호라면 같은 칩의 같은 전원으로 전기를 공급하는 8비트 데이터 케이블이 병렬되어 있고전류 반환 경로는 동일합니다.데이터 케이블의 레벨이 동시에 같은 방향으로 뒤집히면 클럭에서 큰 역방향 전류가 감지됩니다.만약 시계선이 잘 일치하지 않는다면 이런 교란은 시계신호에 치명적인 영향을 미치기에 충분하다.이러한 직렬 교란의 강도는 교란원의 높은 레벨과 낮은 레벨의 절대값과 정비례하지 않고 교란원의 현재 변화율과 정비례한다.순수 저항 부하의 경우 직렬 교란 전류는 dI/dt=dV/(T10%-90%*R)에 비례합니다.공식에서 dI/dt (전류 변화율), dV (간섭원 진동폭) 및 R (간섭원 부하) 은 모두 간섭원의 매개변수 (용량성 부하의 경우 dI/dt는 T10% 와 동일 - 90% 의 평방비 반비례를 가리킨다.)。공식에서 볼 수 있듯이 저속 신호의 교란이 반드시 고속 신호의 교란보다 작은 것은 아니다.이것이 바로 우리가 말하는 것이다: 1kHZ 신호가 반드시 저속 신호는 아니다. 우리는 반드시 가장자리의 상황을 종합적으로 고려해야 한다.가파른 가장자리가 있는 신호의 경우, 그것은 대량의 고조파 분량을 포함하며, 각 배주파점에는 비교적 큰 진폭을 가지고 있다.따라서 장치를 선택할 때도 주의해야 합니다.전환 속도가 빠른 칩을 맹목적으로 선택하지 마라.비용이 많이 들 뿐만 아니라 직렬 및 EMC 문제도 증가합니다.

인접한 전력 평면 또는 다른 평면은 신호의 양쪽 끝에 GND의 낮은 저항 경로를 제공하는 적절한 커패시터가 있으면 신호의 반환 평면으로 사용할 수 있습니다.정상적인 응용에서 상응한 칩IO 전원은 일반적으로 접수와 발송에 사용되며 매 전원과 땅사이에는 일반적으로 0.01-0.1uF의 디커플링콘덴서가 있으며 이런 콘덴서도 신호의 량끝에 위치해있기에 전원평면의 환류효과는 지평면에 버금간다.그러나 다른 전력 평면이 환류에 사용되는 경우 일반적으로 신호의 양쪽 끝에 도달 할 수있는 낮은 저항 경로가 없습니다.이렇게 하면 인접 평면에서 감지된 전류가 가장 가까운 용량을 찾아 바닥으로 돌아갑니다."가장 가까운 콘덴서"가 시작점이나 끝점에서 멀리 떨어져 있다면, 반향은 완전한 반향 경로를 형성하기 위해 매우 긴 거리를 거쳐야 하는데, 이 경로는 인접 신호의 반향 경로이자 동일한 반향 흐름이다. 도로와 공공 지상 간섭의 영향은 동일하며, 이는 신호 사이의 교란에 해당한다.

일부 불가피한 교차 전원 회로 분할의 경우 회로에 콘덴서 또는 RC 직렬로 형성된 콘덴서 또는 하이패스 필터 (예: 10 옴 저항 직렬 680p 콘덴서) 를 연결할 수 있습니다.발생은 상호 평면 간의 저주파 간섭을 격리하면서 고주파 PCB 반환 경로를 제공하는 고유한 신호 유형에 따라 달라집니다.이것은 전원 평면 사이에 콘덴서를 추가하는 문제와 관련될 수 있습니다. 이것은 약간 흥미롭지만 분명히 효과적입니다.특정 사양이 허용하지 않는 경우 파티션의 두 평면을 각각 지면으로 가져올 수 있습니다.

다른 평면을 빌려 환류하는 경우 신호 양쪽 끝의 바닥에 작은 콘덴서 몇 개를 추가하여 환류 경로를 제공하는 것이 좋습니다.그러나 이런 방법은 종종 실현하기 어렵다.단자에 가까운 대부분의 표면 공간은 칩의 일치 저항기와 디커플링 콘덴서가 차지하기 때문이다.