Rancangan Elektronik - Laluan aliran balik PCB terperinci bagi sirkuit kelajuan tinggi

1. Konsep asas refluks

Prinsip diagram papan sirkuit cetak digital, penghantaran isyarat digital dari pintu logik ke pintu logik lain, isyarat melalui wayar dari terminal output ke penerima, nampaknya adalah aliran satu arah, ramai jurutera digital percayakan sirkuit loop tidak berkaitan, selepas semua, pemacu peranti dan penerima dinyatakan sebagai mod tegangan, Mengapa juga mempertimbangkan semasa! Sebenarnya, teori sirkuit asas memberitahu kita bahawa isyarat dihantar oleh arus elektrik, secara khusus, adalah pergerakan elektron, arus elektron adalah salah satu ciri elektronik tidak pernah tinggal di mana-mana, dimana aliran semasa terikat untuk kembali, jadi arus sentiasa mengalir dalam loop, sirkuit isyarat arbitrari dalam bentuk loop tertutup. Untuk penghantaran isyarat frekuensi tinggi, ia sebenarnya adalah proses untuk mengisi kondensator dielektrik sandwich antara garis penghantaran dan lapisan DC.

2. Kesan aliran belakang

Aliran belakang biasanya dilakukan dalam sirkuit digital melalui pesawat tanah dan kuasa. Laluan aliran belakang isyarat frekuensi tinggi dan isyarat frekuensi rendah adalah berbeza. Aliran belakang isyarat frekuensi rendah memilih laluan impedance, dan aliran belakang isyarat frekuensi tinggi memilih laluan reaksi induktif.

Apabila semasa mengalir dari pemacu isyarat melalui garis isyarat dan ke hujung penerimaan isyarat, sentiasa ada arus kembali dalam arah yang bertentangan: dari pin tanah muatan, melalui pesawat meliputi tembaga, ke sumber isyarat, dan arus mengalir melalui garis isyarat untuk membentuk gelung tertutup. Frekuensi bunyi yang disebabkan oleh semasa mengalir melalui pesawat tertutup tembaga sama dengan frekuensi isyarat, dan semakin tinggi frekuensi isyarat, semakin tinggi frekuensi bunyi. Pintu logik tidak menjawab kepada isyarat input, tetapi kepada perbezaan antara isyarat input dan pin rujukan. Sirkuit terputus titik tunggal bertindak balas kepada perbezaan antara isyarat masuk dan pesawat rujukan logiknya, jadi gangguan dalam pesawat rujukan tanah sama penting dengan gangguan dalam laluan isyarat. Port logik dan pin input rujukan yang ditentukan untuk menjawab, kita tidak tahu yang ditentukan oleh pin rujukan (untuk TTL, biasanya kuasa negatif, untuk ECL biasanya positif, tetapi tidak semua), dalam terma sifat, kemampuan anti-gangguan isyarat perbezaan bunyi rawak dan pesawat gelisah kuasa mempunyai kesan yang baik.

Apabila papan PCB bagi banyak suis segerak isyarat digital (seperti bas data CPU, bas alamat, dll.), yang meningkat

aliran semasa muatan sementara dari sirkuit kuasa atau oleh sirkuit ke tanah, kerana tali kuasa dan pada impedance tanah, menghasilkan bunyi penukaran bersamaan (SSN), di tanah akan ada bunyi melompat pesawat tanah (untuk dimainkan). Dan apabila garis kuasa dan garis mendarat di kawasan sekeliling papan cetak lebih besar, tenaga radiasi mereka juga lebih besar, oleh itu, kami menganalisis keadaan menukar cip digital, mengambil tindakan untuk mengawal mod aliran belakang, untuk mengurangi kawasan sekeliling, tujuan radiasi.

Penjelasan contoh:

IC1 ialah akhir output isyarat, IC2 ialah akhir input isyarat (untuk model PCB yang mudah, ia dianggap bahawa akhir penerima mengandungi perlawanan yang didasarkan), dan lapisan ketiga ialah stratum. Tanah IC1 dan IC2 berasal dari horizon ketiga. Sudut kanan atas lapisan TOP adalah pesawat kuasa yang disambung ke tiang positif bekalan kuasa. C1 dan C2 adalah kondensator pemisahan IC1 dan IC2, berdasarkan. Sumber kuasa dan pendaratan cip yang dipaparkan dalam figur adalah bekalan kuasa dan tanah penghantaran dan menerima isyarat.

Pada frekuensi rendah, jika output terminal S1 tinggi, seluruh gelung semasa adalah bekalan kuasa melalui wayar ke pesawat kuasa VCC, dan kemudian melalui laluan oren ke IC1, dan kemudian keluar dari terminal S1, melalui lapisan kedua wayar melalui terminal R1 ke IC2, dan kemudian ke lapisan GND, melalui laluan merah kembali ke terminal negatif kuasa.

Pada frekuensi tinggi, ciri-ciri distribusi PCB boleh mempengaruhi isyarat. Apa yang sering disebut sebagai aliran belakang adalah masalah yang sering ditemui dalam isyarat frekuensi tinggi. Apabila S1 hingga R1 dengan isyarat semasa elektrik meningkat, medan magnetik luaran berubah sangat cepat, boleh membuat konduktor berhampiran induksi semasa balik, jika lapisan ketiga pesawat tanah adalah pesawat lengkap, kemudian boleh menghasilkan garis biru bergerak pada pesawat tanah yang mengetikkan semasa, jika kuasa lapisan TOP mempunyai pesawat lengkap, - Terdapat juga aliran belakang sepanjang garis dotted biru pada lapisan TOP. Sekarang gelung isyarat mempunyai gelung semasa, tenaga radiasi, kemampuan untuk pasang isyarat luar. (Kesan kulit pada frekuensi tinggi juga radiasi tenaga keluar, dan prinsip adalah sama.)

Oleh kerana aras isyarat frekuensi tinggi dan perubahan semasa dengan cepat, tetapi masa perubahan adalah pendek, tenaga yang diperlukan tidak terlalu besar, jadi cip diaktifkan oleh kondensator penyahpautan dekat dengan cip. Apabila C1 cukup besar dan reaksi cukup pantas (dengan nilai ESR yang sangat rendah, kondensator keramik biasanya digunakan. ESR kondensator cip jauh lebih rendah daripada kondensator tantalum, laluan oren pada lapisan atas dan laluan merah pada lapisan GND boleh dianggap sebagai tidak wujud (terdapat semasa yang sepadan dengan bekalan kuasa seluruh papan, tetapi bukan semasa yang sepadan dengan isyarat yang dipaparkan).

Oleh itu, mengikut persekitaran yang dibina dalam figura, seluruh laluan semasa adalah seperti ini: terminal positif C1 - VCC bagi IC1 - S1- L2 garis isyarat - R1- GND bagi IC2 - melalui lubang - laluan kuning lapisan GND - melalui lubang - terminal kondensator negatif. Seperti yang and a lihat, terdapat semasa yang sama coklat dalam arah menegak semasa, yang mengakibatkan medan magnetik di tengah, dan torus ini juga mudah dipasang dengan gangguan luaran. Jika isyarat seperti yang dipaparkan dalam figur adalah isyarat jam, terdapat kumpulan garis data 8-bit secara selari, berkuasa oleh bekalan kuasa yang sama bagi cip yang sama, laluan aliran belakang semasa adalah sama. Jika garis data ditukar ke arah yang sama pada masa yang sama, arus terbalik besar boleh disebabkan pada jam, dan perbualan salib ini boleh mematikan kepada isyarat jam jika garis jam tidak sepadan dengan baik. Intensiti perbualan salib tidak proporsional dengan aras tinggi atau rendah sumber gangguan, tetapi proporsional dengan kadar perubahan semasa sumber gangguan. Untuk muatan yang murni, arus salib adalah proporsional dengan dI/dt=dV /(T? 10% - 90% * R). Dalam formula, dI/dt (kadar perubahan semasa), dV (amplitud sumber gangguan), dan R (muatan sumber gangguan) rujuk kepada parameter sumber gangguan (untuk muatan kapasitif, dI/dt sama dengan T? 10% hingga 90% kuasa dua adalah secara bertentangan. ) . Ia boleh dilihat dari formula bahawa percakapan salib isyarat frekuensi rendah tidak perlu lebih kecil daripada isyarat kelajuan tinggi. Itu adalah, kami berkata: isyarat 1KHz tidak perlu isyarat kelajuan rendah, untuk mempertimbangkan situasi pinggir. Untuk isyarat dengan pinggir yang sangat tajam, ia mengandungi banyak harmonik dan mempunyai amplitud besar pada semua oktav. Oleh itu, apabila memilih peranti, kita juga perlu memperhatikan untuk tidak buta memilih cip dengan kelajuan penukaran cepat, yang tidak hanya akan menghabiskan tinggi, tetapi juga meningkatkan masalah salib dan EMC.

Setiap lapisan bekalan kuasa bersebelahan atau permukaan lain yang mempunyai kondensator yang sesuai pada kedua-dua hujung isyarat untuk menyediakan laluan reaksi rendah ke GND boleh digunakan sebagai permukaan aliran belakang isyarat. Dalam aplikasi umum, bekalan kuasa IO cip yang sepadan dengan penerima sering sama, dan umumnya terdapat 0.01-0.1uF pemisah kapasitor antara bekalan kuasa dan tanah, dan kapasitor-kapasitor ini hanya pada kedua-dua ujung isyarat, jadi kesan aliran belakang pesawat kuasa hanya kedua ke pesawat tanah. Dengan penggunaan pesawat kuasa lain untuk aliran belakang, sering tiada laluan reaksi rendah ke tanah pada kedua-dua hujung isyarat. Dengan cara ini, semasa didorong dalam pesawat sebelah akan mencari kondensator terdekat dan kembali ke tanah. Jika "kapasitasi dekat" jauh dari permulaan atau akhir, aliran belakang juga akan melalui "jarak panjang" untuk membentuk laluan aliran belakang lengkap, dan laluan ini juga adalah laluan aliran belakang bagi isyarat bersebelahan. Laluan aliran belakang yang sama mempunyai kesan yang sama dengan gangguan tanah biasa, yang sama dengan percakapan salib antara isyarat.

Untuk beberapa pecahan kuasa silang yang tidak dapat dihindari, penapis laluan tinggi yang dibuat dari kondensator atau siri RC boleh disambungkan diseberangi pecahan (cth., kondensator serye resistor 10-ohms 680p, nilai spesifik bergantung pada jenis isyarat mereka sendiri, iaitu, untuk menyediakan laluan aliran balik frekuensi tinggi, tetapi juga untuk mengisolasi percakapan salib frekuensi rendah diantara pesawat bersama). Ini mungkin melibatkan menambah kondensator antara pesawat kuasa, yang mungkin kelihatan komik, tetapi ia pasti berfungsi. Jika beberapa spesifikasi tidak membenarkan, kapasitasi boleh dicat ke tanah secara terpisah dari dua pesawat pada titik pecahan.

Dalam kes menggunakan pesawat lain untuk melakukan refluks, beberapa kondensator kecil boleh ditambah dengan sesuai ke tanah pada kedua-dua hujung isyarat untuk menyediakan laluan refluks. Tetapi ia sering sukar untuk dicapai. Kebanyakan ruang permukaan dekat terminal dipenuhi oleh resistor yang sepadan dan kondensator pemisahan cip.

Bunyi aliran belakang adalah salah satu bunyi utama dalam pesawat rujukan. Oleh itu, perlu mempelajari laluan dan julat aliran semasa kembali.