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내용: 고주파 회로에서 직렬 교란은 가장 이해하고 예측하기 어려울 수 있지만 제어하거나 심지어 제거할 수 있다.
스위치 속도가 높아짐에 따라 현대 디지털 시스템은 신호 반사, 지연 쇠락, 직렬 교란 및 전자 호환성 고장과 같은 일련의 문제에 봉착했습니다.집적회로의 스위치 시간이 5나노초 또는 4나노초 이상으로 떨어지면 인쇄회로기판 자체의 고유한 특성이 나타나기 시작한다.불행히도 이러한 기능은 유해하므로 설계 과정에서 가능한 한 피해야 합니다.고주파 회로에서 직렬 교란은 가장 이해하고 예측하기 어려울 수 있지만, 그것은 제어하거나 심지어 제거할 수 있다.
1.무엇이 교란을 초래하는가?
신호가 인쇄회로기판의 배선을 따라 전파될 때 그 전자파도 배선을 따라 집적회로칩의 한쪽끝에서 선로의 다른 한쪽끝으로 전파된다.전자파는 전파 과정 중에 전자기 감응으로 인해 순간적 전압과 전류가 발생한다.
전자파는 시간에 따라 변화하는 전장과 자기장을 포함한다.인쇄회로기판에서 실제로 전자장은 각종 배선에 국한되지 않고 상당 부분의 전자장 에너지가 배선 밖에 존재한다.따라서 근처에 다른 회선이 있으면 신호가 도선을 따라 전파될 때 그 전장과 자기장은 다른 회선에 영향을 줄 수 있다.맥스웰 방정식에 따르면 시변 전장과 자기장은 인접 도체에 전압과 전류를 발생시킨다.따라서 신호 전파 과정을 수반하는 전자장은 인접한 선로에 신호를 발생시켜 직렬 교란을 초래할 수 있다.
인쇄회로기판에서 인터럽트를 일으키는 선로를 일반적으로'침입자'라고 부른다. 인터럽트를 방해받는 선로를 일반적으로'피해자'라고 부른다.모든"피해자"의 교란 신호는 전방향 교란 신호와 후방 교란 신호로 나눌 수 있는데, 이 두 신호 부분은 커패시터 결합과 센싱 결합으로 인해 발생한다.교란 신호의 수학적 묘사는 매우 복잡하지만, 호수의 고속선처럼 전방향과 후방향 교란 신호의 일부 정량적 특징은 여전히 사람들에게 이해될 수 있다.
고속선은 물에 두 가지 영향을 미친다.우선 고속정이 뱃머리에서 파도를 일으키며 호형 파문이 고속정을 따라 앞으로 이동하는 것 같다;둘째, 보트가 일정 기간 운항하면 긴 물자국이 남는다.
이는 신호가'침입자'를 통과했을 때'피해자'의 반응과 매우 유사하다."피해자" 에는 두 가지 유형의 교란 신호가 있습니다. 침입 신호 이전의 순방향 신호는 뱃머리의 물과 파문과 같습니다.침입 신호 뒤의 후방 신호는 마치 배가 뒤의 호수에서 떠난 흔적과 같다.
2. 양방향 직렬 교란의 용량 특성
전방향 직렬 교란은 용량성과 감지성이라는 두 가지 상호 연관된 특성으로 나타난다.침입 신호가 전진하면 희생자에서 동일한 위상의 전압 신호가 발생합니다.이 신호는 침입 신호와 속도가 같지만 항상 침입 전에 있습니다.이는 교란 신호가 미리 전파되지 않고 침입 신호와 같은 속도로 더 많은 에너지와 결합한다는 것을 의미한다.
"침입" 신호의 변화로 인해 직렬 신호가 발생하기 때문에 순방향 직렬 펄스는 단극성이 아니라 양극성과 음극성을 동시에 가지고 있다.펄스 지속 시간은 침입 신호의 전환 시간과 같습니다.
도선 사이의 결합 커패시터는 정방향 간섭 펄스의 진폭을 결정하며, 결합 커패시터는 인쇄회로기판의 재료, 기하학적 크기, 선로가 교차하는 위치 등 많은 요소에 의해 결정됩니다. 진폭과 평행 선로 사이의 거리는 비례합니다: 거리가 길수록인터럽트 펄스가 클수록그러나"침입"신호가 점차 에너지를 잃고"피해자"가 거꾸로"침입자"로 결합되기 때문에 펄스를 교란하는 폭에는 상한선이 있습니다.양방향 직렬 교란의 감지 특성
"침입" 신호가 전파될 때, 그 시변 자기장에도 직렬 교란이 발생한다: 전감 특성을 가진 순방향 직렬 교란이다.그러나 감지 직렬과 용량 직렬은 뚜렷한 차이가 있다: 순방향 감지 직렬의 극성과 순방향 용량 직렬의 극성은 상반된다.이는 순방향에서 교란하는 용량부분과 감지부분이 서로 경쟁하여 서로 상쇄되기때문이다.사실 양방향 커패시터 인터럽트와 감지 인터럽트가 같을 때 양방향 인터럽트는 존재하지 않는다.
많은 설비에서 전방향 교란은 매우 작지만, 후방향 교란은 하나의 주요 문제가 되는데, 특히 긴 막대형 회로판의 경우 용량 결합이 강화되었기 때문이다.그러나 시뮬레이션이 없었다면 감지 인터럽트와 용량 인터럽트가 어느 정도 상쇄되었는지 알 수 없었을 것이다.
양방향 간섭을 측정하면 극성에 따라 흔적선이 커패시터 결합인지 센싱 결합인지 확인할 수 있습니다.직렬 교란 극성이 침입 신호와 같으면 커패시터 결합이 지배적입니다. 그렇지 않으면 인덕션 결합이 지배적입니다.인쇄 회로 기판에서는 일반적으로 전감 결합이 더 강하다.
후방 직렬 교란의 물리 이론은 전방향 직렬 교란의 이론과 같다:"침입"신호의 시변 전장과 자기장은"피해자"에서 감지와 용량 신호를 일으킨다.그러나 둘 사이에도 차이가 있다.
가장 큰 차이는 역방향 교란 신호의 지속 시간이다.전방향 인터럽트와 침입 신호의 전파 방향과 속도가 같기 때문에 전방향 인터럽트의 지속 시간은 침입의 지속 시간과 같다.그러나 역방향 간섭과 침입 신호는 반대 방향으로 전파되며 침입 신호에 뒤떨어지고 긴 펄스 문자열을 초래합니다.
순방향 인터럽트와 달리 역방향 인터럽트 펄스의 폭은 회선 길이와 무관하며, 그 펄스 지속 시간은"침입"신호 지연 시간의 두 배이다.왜?신호의 시작점에서 역방향 인터럽트가 관찰되었다고 가정합니다.침입 신호가 시작점에서 멀어지면 다른 지연 신호가 나타날 때까지 역방향 펄스가 생성됩니다.이렇게 하면 역방향 간섭 펄스의 전체 지속 시간이 침입 신호 지연 시간의 두 배입니다.
3. 역방향 간섭의 반사
드라이브 칩과 수신기 칩 간의 간섭 간섭에 관심이 없을 수 있습니다.그런데 왜 역방향 펄스에 관심을 가져야 합니까?드라이브 칩은 일반적으로 임피던스 출력이 낮기 때문에 흡수된 임피던스보다 더 많은 임피던스 신호를 반사합니다.역방향 인터럽트 신호가 피해자의 구동 칩에 도달하면 수신 칩에 반사됩니다.구동 칩의 출력 저항은 일반적으로 도선 자체보다 낮기 때문에 종종 직렬 교란 신호의 반사를 일으킬 수 있다.
전감과 용량의 두 가지 특성을 가진 전방향 교란 신호와 달리 후방 교란 신호는 하나의 극성만 있기 때문에 후방 교란은 스스로 제거할 수 없다.역방향 교란 신호와 반사된 교란 신호의 극성은 침입 신호와 같으며 그 진폭은 이 두 부분을 합친 것이다.
"피해자" 의 수신단에서 역방향 간섭 펄스를 측정할 때 이 간섭 신호는""피해자"구동 칩에 반사되었다는 것을 기억하십시오.역방향 직렬 신호의 극성이 침입 신호와 반대되는 것을 관찰할 수 있습니다.
디지털 설계에서, 너는 항상 일부 정량 지표에 관심을 가진다.예를 들어, 정방향 또는 역방향 모두에서 최대 노이즈 허용 한도는 150mV입니다.그렇다면 소음을 정확하게 측정할 수 있는 간단한 방법은 없을까?간단한 답은"아니오"이다. 전자장 효과가 너무 복잡하기 때문에 일련의 방정식, 회로 기판의 토폴로지 구조, 칩의 아날로그 특성 등과 관련된다.
4. 회선 길이
많은 설계자들은 회선의 길이를 줄이는 것이 교란을 줄이는 관건이라고 생각한다.사실, 거의 모든 회로 설계 소프트웨어는 최대 병렬 회선 길이 제어 기능을 제공합니다.불행히도 형상 값을 변경하는 것만으로는 간섭을 줄이기 어렵습니다.
직렬 간섭은 결합 길이의 영향을 받기 때문에 결합 관계가 없는 선로의 길이를 줄일 때 직렬 간섭은 거의 줄어들지 않는다.또한 결합 길이가 드라이브 칩의 하강 또는 상승 시간 지연을 초과하면 결합 길이와 전방향 간섭 사이의 선형 관계가 포화 값에 도달합니다.이때 이미 긴 결합선을 단축하는 것은 직렬 교란을 줄이는 데 거의 효과가 없다.
하나의 합리적인 방법은 결합 선로 사이의 거리를 확대하는 것이다.거의 모든 상황에서 분리결합선로는 직렬교란교란을 크게 줄일수 있다.실천이 증명하다싶이 역직렬교란폭은 대체적으로 결합선로간의 거리의 제곱과 반비례한다. 다시말하면 거리를 2배로 늘리면 직렬교란은 4분의 3이 감소된다.역방향 교란이 지배적일 때 이런 영향은 더욱 뚜렷해진다.
5. 교란 제거
실천의 각도에서 볼 때 가장 중요한 문제는 어떻게 교란을 제거하는가 하는것이다.직렬 교란이 회로 특성에 영향을 줄 때 어떻게 해야 합니까?
너는 다음과 같은 두 가지 전략을 채택할 수 있다.한 가지 방법은 결합에 영향을 주는 하나 이상의 기하학적 매개변수 (예: 회선 길이, 회선 간 거리 및 보드의 계층화 위치) 를 변경하는 것입니다.다른 방법은 단자를 사용하여 단선을 다중 채널 결합선으로 변경하는 것입니다.합리적인 설계를 통해 다선 단말기는 대부분의 교란을 제거할 수 있다.
6.격리의 어려움
결합 회선 사이의 거리를 늘리는 것은 쉽지 않다.배선이 매우 밀집되어 있으면 배선 밀도를 낮추는 데 많은 노력을 기울여야 합니다.직렬 간섭이 걱정되는 경우 격리된 레이어를 하나 또는 두 개 추가할 수 있습니다.만약 당신이 회선이나 네트워크 사이의 거리를 확대해야 한다면, 당신은 조작하기 쉬운 소프트웨어를 가지고 있는 것이 가장 좋다.회로의 폭과 두께는 직렬 간섭에도 영향을 미치지만 회로의 거리 계수보다 훨씬 작은 영향을 미칩니다.따라서 이 두 매개변수는 일반적으로 거의 조정되지 않습니다.
회로기판의 절연재료는 개전 상수를 가지고 있기 때문에, 또한 선로 사이에 결합 용량을 생성하기 때문에, 개전 상수를 낮추어도 직렬 교란 방해를 줄일 수 있다.이런 효과는 그다지 뚜렷하지 않다. 특히 마이크로밴드 회로의 매체 부분은 이미 공기이다.더 중요한 것은 개전 상수를 바꾸는 것이 쉽지 않다는 것이다. 특히 비싼 설비에서는 더욱 그렇다.해결책은 FR-4 대신 더 비싼 재료를 사용하는 것입니다.
개전 재료의 두께는 매우 큰 길이에서 직렬 교란 방해에 영향을 준다.일반적으로 경로설정 레이어를 전력 레이어 (Vcc 또는 바닥) 에 가까이 두면 직렬 간섭이 줄어듭니다.개선 효과의 정확한 값은 시뮬레이션을 통해 결정해야 합니다.
7. 계층화 요소
일부 인쇄회로기판 설계자들은 여전히 층화 방법에 주의하지 않는데, 이것은 고속회로 설계의 중대한 오류이다.계층화는 전송선의 임피던스, 지연 및 결합 등의 성능에 영향을 줄 뿐만 아니라 회로 조작에 고장이나 심지어 변화가 발생하기 쉽다.예를 들어 5mil의 개전 두께를 줄여 직렬 간섭을 줄이는 것은 불가능하다. 비록 원가와 공정 방면에서 이렇게 할 수 있지만.
무시되기 쉬운 또 다른 요인은 도면층 선택입니다.많은 상황에서 전방향 직렬 교란은 마이크로밴드 회로의 주요 직렬 교란이다.그러나 만약 설계가 합리적이라면 배선층은 두 출력층 사이에 위치하여 커패시터 결합과 센싱 결합이 잘 균형을 이루고 비교적 낮은 폭의 역방향 교란이 주요 요소가 된다.따라서 시뮬레이션 과정에서 어떤 교란 교란이 주도적인 위치를 차지하는지 주의해야 한다.
경로설정과 칩 간의 위치 관계도 간섭에 영향을 줍니다.역방향 직렬 교란이 수신 칩에 도달하여 구동 칩에 반사되기 때문에 구동 칩의 위치와 성능이 매우 중요하다.토폴로지 구조, 반사 및 기타 요소의 복잡성 때문에 누가 주로 교란의 영향을 받는지 설명하기 어렵다.여러 토폴로지 구조를 선택할 수 있는 경우 시뮬레이션을 사용하여 직렬 교란에 미치는 영향을 최소화하는 구조를 결정하는 것이 좋습니다.
간섭을 줄일 수 있는 비기하학적 요소는 드라이브 칩 자체의 기술 지표이다.일반적인 원리는 스위치 시간이 긴 드라이브 칩을 선택하여 직렬 간섭을 줄이는 것이다 (고속으로 인한 많은 다른 문제를 해결하는 것도 마찬가지다).직렬 교란과 전환 시간이 엄격하게 비례하지 않더라도 전환 시간을 줄이는 것은 여전히 큰 영향을 미칠 수 있다.많은 경우, 당신은 구동 칩 기술을 선택할 수 없고, 당신은 단지 기하학적 인자를 바꾸어 당신의 목표를 실현할 수 있을 뿐이다.터미널을 통한 연결 감소
아시다시피, 임피던스와 일치하도록 독립적이고 비결합적인 전송선 단자를 연결하면 반사가 일어나지 않습니다.이제 서로 간섭하는 세 개의 전송선 또는 한 쌍의 결합 전송선과 같은 일련의 결합된 전송선을 고려합니다.회로 분석 소프트웨어를 사용하는 경우 전송 케이블 자체와 서로 간의 용량과 감전을 나타내는 행렬 쌍을 내보낼 수 있습니다.예를 들어, 세 개의 전송 케이블에는 다음과 같은 C 및 L 행렬이 있을 수 있습니다.
이러한 행렬에서 대각선 요소는 전송선 자체의 값이지 대각선 요소가 전송선 사이의 값이지 않습니다.(각 단위 길이의 pF 및 nH로 표시됩니다.이러한 값은 복잡한 전자기장 측정기를 사용하여 확인할 수 있습니다.
각 전송선 세트에는 특성 임피던스 행렬도 있습니다.이 Z0 행렬에서 대각선 요소는 전송선의 결합 값이 아니라 전송선의 대지에 대한 임피던스 값을 나타냅니다.
전송선 세트의 경우 단일 전송선과 유사하며 단자가 Z0과 일치하는 임피던스 행렬이면 그 행렬은 거의 같습니다.필요한 임피던스는 Z0의 값이 아니며 형성된 임피던스 네트워크가 Z0과 일치하기만 하면 됩니다.임피던스 매트릭스에는 전송선 대지 임피던스뿐만 아니라 전송선 간 임피던스도 포함됩니다.
이러한 임피던스 행렬은 좋은 특성을 가지고 있습니다.우선, 비결합 회선에서 직렬 교란이 반사되는 것을 방지할 수 있습니다.더 중요한 것은 이미 형성된 교란을 제거할 수 있다는 것이다.
8. 치명적인 무기
불행히도, 이러한 단자는 비싸고 이상적으로 구현 될 수 없습니다. 일부 전송선 간의 결합 임피던스가 너무 작기 때문에 큰 전류가 드라이브 칩으로 유입됩니다.전송선과 땅 사이의 임피던스는 칩을 구동하기에는 너무 클 수 없습니다.이러한 문제가 있고 이러한 유형의 단자를 사용할 계획이라면 AC 결합 콘덴서를 추가해 보십시오.
비록 실현에 약간의 어려움이 존재하지만, 임피던스 어레이 단말기는 여전히 신호 반사와 교란을 처리하는 치명적인 무기이며, 특히 악조건 하에서 더욱 그렇다.다른 환경에서는 작동하거나 작동하지 않을 수 있지만 여전히 권장되는 방법입니다.
