Teknik PCB - Regarding the high-speed circuit PCB return path, see how the master does it

Dalam diagram skematik sirkuit digital PCB, penyebaran isyarat digital adalah dari satu pintu logik ke pintu logik1 Konsep asas reflowDalam diagram skematik sirkuit digital, penyebaran isyarat digital adalah dari satu pintu logik ke pintu logik lain. Isyarat dihantar dari hujung output ke hujung penerima melalui wayar. Ia kelihatan mengalir dalam satu arah. Banyak jurutera digital berfikir bahawa laluan loop tidak relevan, selepas semua, kedua-dua pemacu dan penerima ditentukan sebagai peranti mod-tegangan, jadi mengapa mengganggu untuk mempertimbangkan semasa! Sebenarnya, teori sirkuit asas memberitahu kita bahawa isyarat disebarkan oleh arus elektrik. Secara khusus, ia adalah pergerakan elektron. Salah satu ciri-ciri aliran elektron ialah elektron tidak pernah tinggal di mana-mana. Tidak peduli di mana aliran semasa, mereka mesti kembali. Oleh itu, Semasa sentiasa mengalir dalam loop, dan mana-mana isyarat dalam sirkuit wujud 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 sirkuit backflow Digital biasanya bergantung pada pesawat tanah dan kuasa untuk menyelesaikan reflow. Laluan kembali isyarat frekuensi tinggi dan isyarat frekuensi rendah berbeza. Untuk kembali isyarat frekuensi rendah, pilih laluan dengan impedance rendah, dan untuk kembali isyarat frekuensi tinggi, pilih laluan dengan indutan rendah. Apabila semasa bermula dari pemacu isyarat, mengalir melalui garis isyarat dan disuntik ke ujung penerima isyarat, sentiasa ada semasa kembali dalam arah yang bertentangan: bermula dari pin tanah muatan, melewati pesawat tembaga, mengalir ke sumber isyarat, dan mengalir melalui semasa pada garis isyarat membentuk gelung tertutup. Frekuensi bunyi disebabkan oleh semasa mengalir melalui kapal terbang berlepas tembaga sama dengan frekuensi isyarat. Semakin tinggi frekuensi isyarat, semakin tinggi frekuensi bunyi. Pintu logik tidak menjawab kepada isyarat input mutlak, tetapi menjawab kepada perbezaan antara isyarat input dan pin rujukan. Sirkuit penghentian titik tunggal bereaksi kepada perbezaan antara isyarat masuk dan pesawat rujukan tanah logiknya, jadi gangguan pada pesawat rujukan tanah dan gangguan pada laluan isyarat adalah sama penting. Pin logik balas pada pin input dan pin rujukan yang ditentukan, dan kita tidak tahu yang mana pin rujukan yang ditentukan (untuk TTL, ia biasanya adalah bekalan kuasa negatif, untuk ECL ia biasanya bekalan kuasa positif, tetapi tidak semua), dalam terma ciri-ciri ini, - kemampuan anti-gangguan isyarat perbezaan boleh mempunyai kesan yang baik pada bunyi lompatan tanah dan pesawat kuasa menyelinap.

Apabila banyak isyarat digital di papan PCB ditukar secara serentak (seperti bas data CPU, bas alamat, dll.), ia menyebabkan arus muatan sementara mengalir dari bekalan kuasa ke dalam sirkuit atau dari sirkuit ke wayar tanah, disebabkan wujud wayar kuasa dan Impedance wayar tanah akan menghasilkan bunyi penyukaran serentak (SSN), Dan bunyi lompat pesawat tanah (disebut lompat tanah) juga akan muncul pada garis tanah. Dan apabila kawasan sekeliling garis kuasa dan garis tanah pada papan cetak lebih besar, tenaga radiasi mereka juga lebih besar. Oleh itu, kami menganalisis keadaan penukaran cip digital, dan mengambil tindakan untuk mengawal kaedah kembali untuk mengurangi kawasan sekeliling. Kawasan, tujuan radiasi paling sedikit.

IC1 adalah terminal output isyarat, IC2 adalah terminal input isyarat (untuk mempermudahkan model PCB, ia dianggap bahawa terminal penerima mengandungi penentang turun), dan lapisan ketiga adalah lapisan tanah. Alatan IC1 dan IC2 adalah kedua-dua dari pesawat tanah ketiga. Sudut kanan atas lapisan TOP adalah pesawat kuasa, yang disambung dengan tiang positif bekalan kuasa. C1 dan C2 adalah kondensator pemisahan IC1 dan IC2 berdasarkan. Sumber kuasa dan pin tanah cip yang dipaparkan dalam figur adalah sumber kuasa dan tanah penghantaran dan penerimaan isyarat akhir.

Pada frekuensi rendah, jika terminal S1 mengeluarkan tahap tinggi, seluruh loop 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 lapisan kedua wayar melalui terminal R1. Kemudian masukkan lapisan GND dan kembali ke tiang negatif bekalan kuasa melalui laluan merah. Pada frekuensi tinggi, ciri-ciri distribusi PCB akan mempunyai pengaruh besar pada isyarat. Kembalian tanah yang sering kita bincangkan adalah masalah yang sering ditemui dalam isyarat frekuensi tinggi. Apabila terdapat semasa meningkat dalam garis isyarat dari S1 ke R1, medan magnet luaran berubah dengan cepat, yang akan mengakibatkan semasa terbalik dalam konduktor terdekat. Jika pesawat tanah lapisan ketiga adalah pesawat tanah lengkap, maka A semasa yang dinyatakan oleh garis biru bergerak akan dijana pada pesawat tanah. Jika lapisan TOP mempunyai pesawat kuasa lengkap, akan ada aliran balik sepanjang garis biru yang dicetak pada lapisan TOP. Pada masa ini, gelung isyarat mempunyai gelung semasa yang paling kecil, tenaga yang radiasi ke luar adalah yang paling kecil, dan kemampuan untuk pasang isyarat luar juga yang paling kecil. (Kesan kulit pada frekuensi tinggi juga ialah tenaga radiasi keluar yang paling kecil, prinsip adalah sama.) Apabila C1 cukup besar dan balasan cukup cepat (ia mempunyai nilai ESR yang sangat rendah, kondensator keramik biasanya digunakan. ESR kondensator keramik 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 dalam figur).

Oleh itu, menurut persekitaran pembangunan, seluruh laluan semasa adalah: dari tiang positif C1 - VCC IC1 - garis isyarat S1 - L2 - R1 - GND IC2 - laluan kuning lapisan GND - melalui - elektrod negatif kondensator. 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 mudah pasang dengan gangguan luar. Jika isyarat dalam figur adalah isyarat jam, terdapat set garis data 8bit secara selari, berkuasa oleh bekalan kuasa yang sama bagi cip yang sama, dan laluan kembali semasa adalah sama. Jika aras garis data terbalik ke arah yang sama pada masa yang sama, arus terbalik besar akan disebabkan pada jam. Jika garis jam tidak sepadan dengan baik, percakapan salib ini cukup untuk mempunyai kesan fatal pada isyarat jam. Intensiti pembicaraan salib jenis ini tidak proporsional dengan nilai mutlak sumber gangguan tinggi dan rendah, tetapi proporsional dengan kadar perubahan semasa sumber gangguan. Untuk muatan yang murni, semasa salib berbincang adalah proporsional dengan dI/dt=dV /(T ¬10%-90%*R). Dalam formula, dI/dt (kadar perubahan semasa), dV (perubahan sumber gangguan) dan R (muatan sumber gangguan) semua rujuk kepada parameter sumber gangguan (jika ia adalah muatan kapasitatif, dI/dt sama dengan T ¬10 Sumber kuasa dua %-90% adalah proporsional sebaliknya). Ia boleh dilihat dari formula bahawa isyarat frekuensi rendah mungkin tidak mempunyai lebih sedikit salib daripada isyarat kelajuan tinggi. Ini bermakna: isyarat 1KHz bukanlah isyarat kelajuan rendah, kita mesti mempertimbangkan keadaan pinggir secara keseluruhan. Untuk isyarat dengan pinggir 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-buta memilih cip dengan kelajuan bertukar cepat. Tidak hanya akan biaya yang tinggi, tetapi ia juga akan meningkatkan cross talk dan masalah EMC.

Setiap pesawat kuasa bersebelahan atau pesawat lain, selama terdapat kondensator yang sesuai pada kedua-dua hujung isyarat untuk menyediakan laluan reaktif rendah ke GND, maka pesawat ini boleh digunakan sebagai pesawat kembali untuk isyarat ini. Dalam aplikasi normal, bekalan kuasa IO cip yang sepadan sering sama untuk menerima dan menghantar, dan umumnya terdapat 0.01-0.1uF pemisah kapasitor antara setiap bekalan kuasa dan tanah, dan kapasitor-kapasitor ini juga berada di dua ujung isyarat, jadi kesan reflow pesawat kuasa adalah kedua hanya ke pesawat tanah. Namun, jika pesawat kuasa lain digunakan untuk aliran balik, sering tiada laluan reaksi rendah ke tanah pada kedua-dua hujung isyarat. Dengan cara ini, semasa didorong dalam pesawat sebelah akan mencari kapasitas terdekat dan kembali ke tanah. Jika "kondensator terdekat" jauh dari permulaan atau akhir, kembalian akan perlu mengembara jarak panjang untuk membentuk laluan kembalian lengkap, dan laluan ini juga adalah laluan kembalian untuk isyarat bersebelahan, dan aliran kembalian yang sama efek jalan dan gangguan tanah umum adalah sama, yang sama dengan persilangan antara isyarat.

Untuk beberapa bahagian penyebaran-bekalan yang tidak dapat dihindari, penapis-laluan tinggi (seperti kapasitor rentetan tahan 10-ohm 680p) yang dicipta oleh kapasitor atau sambungan seri RC (seperti kapasitor rentetan tahan 10 ohm 680p) boleh disambung diseberang bahagian. Nilai khusus bergantung pada jenis isyarat. Untuk menyediakan laluan kembalian frekuensi tinggi, tetapi juga untuk mengisolasi persimpangan frekuensi rendah antara pesawat sama lain). Ini mungkin melibatkan masalah menambah kondensator antara pesawat kuasa, yang kelihatan sedikit lucu, tetapi ia pasti berkesan. Jika beberapa spesifikasi tidak membenarkannya, anda boleh membawa kondensator ke tanah pada dua pesawat bahagian.

Dalam kes meminjam pesawat lain untuk aliran balik, lebih baik untuk menambah beberapa kondensator kecil ke tanah pada kedua-dua hujung isyarat untuk menyediakan laluan balik. Tetapi pendekatan ini sering sukar untuk dicapai. Kerana sebahagian besar ruang permukaan dekat terminal dipenuhi oleh resistor yang sepadan dan kondensator pemisahan cip PCB.