Teknik PCB - Apa rancangan PCB kelajuan tinggi

Apakah reka bentuk PCB berkelajuan tinggi? Reka bentuk PCB berkelajuan tinggi merujuk kepada reka bentuk papan litar yang boleh menyokong penghantaran isyarat berkelajuan tinggi, isyarat ini biasanya merujuk kepada isyarat digital berkelajuan tinggi, isyarat analog berkelajuan tinggi dan sebagainya. Reka bentuk PCB berkelajuan tinggi dalam pilihan bahan, reka bentuk susun atur, reka bentuk pendawaian dan aspek lain keperluan khas untuk memastikan bahawa integriti dan kestabilan isyarat dalam proses penghantaran, isyarat dalam proses penghantaran tidak distorsi, tidak melemahkan, dan untuk memenuhi keperluan prestasi sistem.

Apakah isyarat berkelajuan tinggi?

Sebagai tindak balas kepada soalan ini, Cadence, sebuah syarikat perisian EDA yang terkenal di dunia, mentakrifkannya:

Mana-mana isyarat yang lebih besar daripada 50MHz adalah isyarat berkelajuan tinggi;

Apabila panjang laluan penghantaran rantau di mana isyarat terletak lebih besar daripada 1/6Î, ia akan dikenal pasti sebagai isyarat berkelajuan tinggi;

Sama ada isyarat berkelajuan tinggi atau tidak adalah bebas daripada frekuensi, dan lalai umum: isyarat dianggap berkelajuan tinggi apabila tepi naik / jatuh kurang daripada 50ps;

Apabila isyarat dihantar di sepanjang laluan penghantaran, ia boleh dianggap sebagai isyarat berkelajuan tinggi jika kesan kulit yang serius dan kehilangan kuasa berlaku.

Apakah litar kelajuan tinggi

Ia biasanya dianggap bahawa jika frekuensi litar logik digital mencapai atau melebihi 45MHZ ~ 50MHZ, dan litar yang beroperasi di atas frekuensi ini telah menyumbang sejumlah tertentu keseluruhan sistem elektronik (katakan, 1/3), ia dipanggil litar berkelajuan tinggi.

Malah, frekuensi harmonik tepi isyarat lebih tinggi daripada isyarat itu sendiri. Ia adalah tepi naik dan tepi jatuh (atau lompatan isyarat) yang menyebabkan hasil penghantaran isyarat yang tidak dijangka. Oleh itu, secara umumnya dipersetujui bahawa jika kelewatan penyebaran talian lebih besar daripada masa kenaikan hujung pemandu isyarat digital 1/2, isyarat tersebut dianggap sebagai isyarat kelajuan tinggi dan menghasilkan kesan talian penghantaran.

Penghantaran isyarat berlaku pada masa apabila keadaan isyarat berubah, seperti masa naik atau jatuh. Isyarat melalui tempoh masa yang tetap dari pemandu ke penerima. Jika masa penghantaran kurang daripada 1/2 masa naik atau jatuh, isyarat yang tercermin dari penerima akan mencapai pemandu sebelum isyarat berubah keadaan. Sebaliknya, isyarat yang tercermin akan tiba kepada pemandu selepas isyarat berubah keadaan. Jika isyarat yang tercermin kuat, bentuk gelombang yang tertumpu mungkin mengubah keadaan logik.

Penentuan isyarat berkelajuan tinggi

Di atas kita telah menentukan persyaratan untuk kejadian kesan garis penghantaran, tetapi bagaimana untuk tahu sama ada lambat garis lebih besar daripada 1/2 masa naik isyarat pemandu? Secara umum, nilai biasa masa naik isyarat boleh diberi dalam manual peranti, dan masa perjalanan isyarat dalam reka PCB ditentukan oleh panjang kawat sebenar. Figur di bawah menunjukkan persamaan antara masa naik isyarat dan panjang kabel yang boleh dibenarkan (lambat).

Kelewatan setiap unit inci pada PCB adalah 0.167ns. Walau bagaimanapun, jika terdapat banyak lubang, pin, dan sekatan pada kabel rangkaian, kelewatan akan meningkat. Biasanya, masa naik isyarat untuk peranti logik berkelajuan tinggi adalah kira-kira 0.2ns. Jika terdapat cip GaAs di papan, panjang pendawaian yang besar adalah 7.62mm.

Tetapkan Tr sebagai masa naik isyarat dan Tpd sebagai kelewatan penyebaran barisan isyarat. Jika Trâ ¥4Tpd, isyarat jatuh di zon selamat. Jika 2Tpd, isyarat jatuh di rantau ketidakpastian. Jika Trâ¤2Tpd, isyarat jatuh di kawasan masalah. Untuk isyarat yang jatuh di kawasan yang tidak pasti dan masalah, kaedah pendawaian berkelajuan tinggi harus digunakan.

Apa garis penghantaran

Kawalan pada papan PCB boleh sama dengan serangkaian dan kapasitasi selari, resistensi dan struktur induktansi yang dipaparkan di bawah. Nilai biasa untuk perlawanan siri adalah 0.25-0.55 ohms/kaki. Keperlawanan paralel biasanya sangat tinggi kerana lapisan pengasingan. Selepas resistensi parasitik, kapasitasi, dan induktansi ditambah ke kawat PCB sebenar, impedance terakhir pada kawat dipanggil impedance karakteristik Zo. Semakin lebar diameter wayar, semakin dekat ia kepada kuasa/tanah, atau semakin tinggi konstan dielektrik lapisan pengasingan, semakin kecil impedance karakteristik. Jika pengendalian garis penghantaran dan hujung penerima tidak sepadan, isyarat semasa output dan keadaan stabil akhir isyarat akan berbeza, yang menyebabkan isyarat diselarang pada hujung penerima, yang akan dihantar kembali ke penghantar isyarat dan diselarang kembali lagi. Sebagaimana tenaga menurun, amplitud isyarat terrefleks akan menurun sehingga tenaga dan arus isyarat stabil. Kesan ini dipanggil oscilasi, dan oscilasi isyarat sering dilihat pada pinggir yang meningkat dan jatuh isyarat.

Kesan talian penghantaran

Berdasarkan model garis penghantaran yang ditakrif di atas, ia boleh dikatakan bahawa garis penghantaran akan mempunyai kesan berikut pada rancangan sirkuit keseluruhan.

· Sinyal yang dicerminkan Sinyal yang dicerminkan

· Ralat melintasi ambang aras logik berbilang Pertukaran Salah

♪ Overshoot and Undershoot

· Suara Diinduksi (atau percakapan salib)

Radiasi EMI

Isyarat Tercermin

Jika satu barisan tidak berakhir dengan betul (pemasangan terminal), denyut isyarat dari pemandu tercermin di penerima, menyebabkan kesan yang tidak dijangka yang mencegarkan profil isyarat. Apabila penyimpangan penyimpangan sangat penting, ia boleh membawa kepada pelbagai kesilapan, yang mengakibatkan kegagalan reka bentuk. Pada masa yang sama, penyimpangan isyarat kepada sensitiviti bunyi meningkat, juga akan menyebabkan kegagalan reka bentuk. Jika keadaan di atas tidak dianggap cukup, EMI akan meningkat dengan ketara, yang bukan sahaja akan menjejaskan hasil reka bentuk, tetapi juga menyebabkan kegagalan keseluruhan sistem.

Punca utama isyarat yang tercermin adalah seperti berikut: pendawaian yang terlalu panjang; Talian penghantaran berakhir yang tidak tertandingi, kapasitansi atau induktansi yang berlebihan, dan ketidaksepadan impedansi.

Kesilapan kelewatan dan masa

Lambat isyarat dan ralat masa adalah: isyarat tetap tidak berubah selama masa apabila isyarat berubah diantara ambang tinggi dan rendah aras logik. Lambat isyarat yang berlebihan boleh menyebabkan ralat masa dan gangguan peranti.

Masalah biasanya berlaku bila ada penerima berbilang. Penjana sirkuit mesti menentukan lambat masa dalam kes buruk untuk memastikan rancangan betul. Sebab keterlaluan isyarat: Pemacu terlalu muat dan kabel terlalu panjang.

Ralat melintasi ambang aras logik berbilang

Isyarat boleh melintasi ambang tahap logik beberapa kali semasa melompat, yang mengakibatkan jenis kesilapan ini. Kesalahan ambang peringkat logik yang berbilang kali melintasi adalah bentuk khusus pergeseran isyarat, iaitu, pergeseran isyarat berlaku berhampiran ambang peringkat logik, berbilang kali melintasi ambang peringkat logik akan membawa kepada disfungsi logik. Isyarat yang tercermin disebabkan oleh: pendawaian yang terlalu panjang, talian penghantaran yang tidak terganggu, kapasitansi atau induktansi yang berlebihan, dan ketidaksepadan impedansi.

Melebihan dan Downshoot

Melebihan dan menurunkan datang dari dua sebab: barisan terlalu panjang atau perubahan isyarat terlalu cepat. Walaupun kebanyakan penerima elemen dilindungi oleh diod perlindungan input, kadang-kadang tahap melebihi ini boleh melebihi julat voltan bekalan elemen, merosakkan elemen.

Perbincangan

Crosstalk bermaksud bahawa apabila isyarat melewati satu garis isyarat, isyarat yang berkaitan akan diinduksi pada garis isyarat bersebelahan pada papan PCB, yang dipanggil crosstalk.

Semakin dekat kabel isyarat kepada kabel tanah, semakin besar jarak antara garis, dan semakin kecil isyarat salib dijana. Isyarat asinkron dan isyarat jam lebih cenderung untuk saling bercakap. Oleh itu, kaedah untuk menghapuskan saling bercakap adalah untuk menghapuskan isyarat saling bercakap atau melindungi isyarat yang terganggu serius.

Radiasi Elektromagnetik

Gangguan Elektromagnetik (EMI), yang menyebabkan radiasi elektromagnetik yang berlebihan dan kepekaan kepada radiasi elektromagnetik. EMI menunjukkan bahawa apabila sistem digital dihidupkan, ia memancarkan gelombang elektromagnetik ke persekitaran sekitarnya, dengan itu mengganggu operasi normal peranti elektronik di persekitaran sekitarnya. Sebab utama ialah frekuensi kerja litar terlalu tinggi dan susun atur dan pendawaian tidak munasabah. Pada masa ini, terdapat alat perisian untuk simulasi EMI, tetapi emulator EMI sangat mahal dan sukar untuk menetapkan parameter simulasi dan keadaan sempadan, yang akan menjejaskan secara langsung ketepatan dan kebolehgunaan hasil simulasi. Amalan biasa adalah untuk menggunakan peraturan reka bentuk yang mengawal EMI kepada setiap pautan reka bentuk untuk mewujudkan peraturan pemandu dan kawalan dalam setiap pautan reka bentuk.

Penting reka bentuk pcb berkelajuan tinggi: susun atur dan panduan pendawaian

Spesifikasi yang munasabah susun atur dan pendawaian, adalah untuk memastikan integriti isyarat, untuk mengelakkan crosstalk, radiasi dan impedansi ketidakkontinuiti dan masalah EMI biasa lain. Spesifikasi berikut boleh lebih besar untuk mengelakkan siri masalah dalam reka bentuk PCB berkelajuan tinggi.

1.Lapisan tanah, lapisan kuasa dan lapisan penumpukan: Pastikan bahawa PCB yang ditumpukan di bawah talian penghantaran berkelajuan tinggi mempunyai tanah yang seragam, dan tidak akan melalui jurang lapisan tanah / kuasa.

2.Impedansi ciri-ciri: Lebar penjarasan khusus harus dikuatkuasakan dalam talian penghantaran untuk memastikan bahawa impedansi ciri dan impedansi input mempunyai nilai-nilai tertentu pada sambungan berkelajuan tinggi.

3. jarak talian penghantaran: mengekalkan jarak yang mencukupi antara penjarasan pada PCB untuk mengelakkan crosstalk yang ketara dan untuk memastikan bahawa isyarat tidak melebihi toleransi bunyi bunyi penerima.

4.Integriti kuasa: Letakkan lapisan kuasa dan tanah bersebelahan, terutamanya bahagian PDN yang memberi kuasa komponen kelajuan tinggi untuk mengelakkan berdering yang berlebihan.

5.Bus dan Perbezaan Pair Routing: Kuasakan perlawanan masa pada bas selari dan pasangan perbezaan untuk memastikan penyimpangan minimum antara isyarat kritikal.

6. Penempatan Komponen: Pastikan komponen berkelajuan tinggi kritikal diletakkan dalam susun atur PCB supaya semua isyarat kritikal boleh dihantar dengan peralihan lapisan minimum.