Data PCB - Segmen semula dan segmen salib dalam papan PCB kelajuan tinggi

Regarding the signal return and cross-segmentation in high-speed Papan PCB, sebuah "skenario" hanya dibina di sini, dan tanah kembali, kuasa kembali dan beberapa isu segmen salib diperkenalkan bersama dengan figur berikut. Untuk kesenangan lukisan, ruang lapisan diperbesar.

IC1 adalah terminal output isyarat, IC2 is the signal input terminal (to simplify the Papan PCB model, it is assumed that the receiving terminal contains a lower connection resistance). Lapisan ketiga adalah lapisan tanah. Kedua-dua kawasan IC1 dan IC2 berasal dari pesawat tanah ketiga. Sudut kanan atas lapisan atas adalah pesawat kuasa, yang tersambung ke tiang positif bekalan kuasa. C1 dan C2 adalah kondensator pemisahan IC1 dan IC2, sama ada. Sumber kuasa dan pins tanah cip yang dipaparkan dalam figur adalah sumber kuasa dan tanah terminal isyarat penghantaran dan menerima. Pada frekuensi rendah, jika terminal S1 mengeluarkan aras tinggi, seluruh gelung semasa adalah bahawa bekalan kuasa disambung ke pesawat kuasa VCC melalui wayar, dan kemudian memasuki IC1 melalui laluan oren, kemudian keluar dari terminal S1, dan memasuki IC2 melalui terminal R1 sepanjang lapisan kedua wayar. Kemudian masukkan lapisan GND dan kembali ke tiang negatif bekalan kuasa melalui laluan merah.

Namun, pada frekuensi tinggi, ciri-ciri distribusi yang dipaparkan oleh PCB akan mempunyai kesan besar pada isyarat. Kembalian tanah yang sering kita katakan adalah masalah yang sering ditemui dalam isyarat frekuensi tinggi. Apabila ada semasa meningkat dalam garis isyarat dari S1 ke R1, medan magnet luaran berubah dengan cepat, yang akan menyebabkan arus terbalik di konduktor dekat. Jika pesawat tanah lapisan ketiga adalah pesawat tanah lengkap, akan ada semasa ditandai dengan garis dotted biru di atas pesawat tanah; jika lapisan TOP mempunyai pesawat kuasa lengkap, akan ada semasa pada lapisan atas sepanjang garis balik Dotted biru. Pada masa ini, gelung isyarat mempunyai gelung semasa, tenaga yang direradiasi ke luar, dan kemampuan untuk pasang isyarat luar. (The skin effect at high frequencies also radiates energy outward, dan prinsip adalah sama.)

Since the high-frequency signal level and current change rapidly, tetapi masa perubahan adalah pendek, tenaga yang diperlukan tidak terlalu besar, jadi cip ini diberi kuasa oleh kondensator pemisahan yang dekat dengan cip. When C1 is large enough and the response is fast enough (with very low ESR value, kondensator keramik biasanya digunakan. ESR kondensator keramik jauh lebih rendah daripada kondensator tantalum.), the orange path on the top layer and the red path on the GND layer can be It is regarded as non-existent (there is a current corresponding to the power supply of the whole board, but not the current corresponding to the signal shown in the figure).

Oleh itu, mengikut persekitaran yang dibina dalam gambar, the entire path of the current is: from the positive pole of C1 -> VCC of IC1 -> S1 -> L2 signal line -> R1 -> GND of IC2 -> via hole -> $ of the GND layer Path -> Via -> Capacitor Negative. Ia boleh dilihat bahawa terdapat semasa yang sama coklat dalam arah menegak semasa, dan medan magnetik akan didorong di tengah. Pada masa yang sama, torus ini juga mudah dihubungkan dengan gangguan luaran. Jika isyarat dalam figur adalah isyarat jam, terdapat kumpulan garis data 8-bit dalam selari, yang diberi kuasa oleh bekalan kuasa yang sama dari cip yang sama, dan laluan kembali semasa adalah sama. Jika garis data dibalik ke arah yang sama pada masa yang sama, a large reverse current will be induced on the clock. Jika baris jam tidak sepadan dengan baik, percakapan salib ini cukup untuk mempunyai kesan fatal pada isyarat jam. Kekuatan percakapan salib ini tidak proporsional dengan aras sumber gangguan, tetapi adalah proporsional dengan kadar perubahan semasa sumber gangguan. For a purely resistive load, semasa bercakap salib adalah proporsional dengan dI/dt=dV /( T10%-90%*R). Dalam formula, dI/dt (current rate of change), dV (swing of the interference source) and R (interference source load) all refer to the parameters of the interference source (if it is a capacitive load, dI/dt is related to T10%- The square of 90% is inversely proportional.). Ia boleh dilihat dari formula bahawa percakapan salib isyarat kelajuan rendah tidak perlu lebih kecil daripada isyarat kelajuan tinggi. Itulah yang kami katakan: isyarat 1kHZ tidak perlu menjadi isyarat kelajuan rendah, dan situasi pinggir patut dipertimbangkan secara keseluruhan. Untuk isyarat dengan pinggir yang sangat tajam, ia mengandungi banyak komponen harmonik dan mempunyai amplitud besar pada setiap titik pendaraban frekuensi. Oleh itu, anda juga perlu memperhatikan bila memilih peranti. Jangan buta pilih cip dengan kelajuan menukar pantas, yang tidak hanya akan biaya tinggi, tetapi juga meningkatkan masalah saling bercakap dan EMC.

Setiap pesawat kuasa bersebelahan atau pesawat lain dengan kondensator yang sesuai menyeberangi isyarat untuk menyediakan laluan reaksi rendah ke GND boleh bertindak sebagai pesawat kembali untuk isyarat itu. Dalam aplikasi biasa, bekalan kuasa IO cip yang sepadan untuk penerima sering sama, and there are generally 0.01-0.1uF menyambungkan kondensator antara bekalan kuasa dan tanah, dan kondensator ini juga berada di kedua-dua ujung isyarat, Jadi kesan aliran balik pesawat kuasa adalah kedua hanya ke pesawat tanah. Apabila menggunakan pesawat kuasa lain untuk aliran balik, kadang-kadang tiada laluan reaksi rendah ke tanah pada kedua-dua hujung isyarat. Dengan cara ini, semasa yang didorong dalam pesawat sebelah akan mencari kapasitasi terdekat kembali ke tanah. Jika "dekat kondensator" jauh dari permulaan atau akhir, aliran kembali perlu pergi melalui "perjalanan panjang" untuk membentuk laluan kembali lengkap, dan laluan ini juga adalah laluan kembali isyarat sebelah. Aliran kembalian yang sama Kesan gangguan saluran dan tanah umum adalah sama, yang sama dengan percakapan salib antara isyarat.

Untuk beberapa situasi pembahagian kuasa salib yang tidak dapat dihindari, a high-pass filter (such as a 10-ohm resistor series 680p capacitor) can be connected across a capacitor or a RC series connection at the cross-segmented place. Nilai khusus bergantung pada jenis isyarat anda sendiri, iaitu untuk menyediakan laluan kembalian frekuensi tinggi, but also to isolate low-frequency crosstalk between the mutual planes). Ini mungkin melibatkan menambah kondensator antara pesawat kuasa, yang kelihatan sedikit komik, tetapi tentu berhasil. Jika ia tidak dibenarkan oleh beberapa spesifikasi, the capacitors can be led to the ground on the two planes at the split. Untuk kes meminjam pesawat lain untuk kembali, beberapa kondensator kecil boleh ditambah dengan sesuai ke tanah pada kedua-dua hujung isyarat untuk menyediakan laluan kembali. Tetapi pendekatan ini sering sukar untuk dicapai. Kerana kebanyakan ruang permukaan dekat terminal dipenuhi oleh resistor yang sepadan dan kondensator pemisahan cip pada Papan PCB.