Teknik PCB - kaji rancangan PCB kelajuan tinggi, masalah integriti isyarat

Bila kelajuan pemilihan output sirkuit terintegrasi meningkat dan densiti papan PCB meningkat, integriti isyarat (Inggeris: integriti isyarat, SI) telah menjadi salah satu isu yang mesti bimbang dalam rekaan PCB digital kelajuan tinggi. Faktor seperti parameter komponen dan papan PCB, bentangan komponen pada papan PCB, dan kabel isyarat kelajuan tinggi akan menyebabkan masalah integriti isyarat, yang menyebabkan operasi sistem tidak stabil atau bahkan tiada operasi sama sekali.

Masalah integriti isyarat PCB

Integriti isyarat yang baik bermakna isyarat boleh bertindak dengan masa yang betul dan nilai aras tegangan bila diperlukan. Sebaliknya, bila isyarat tidak dapat menjawab secara biasa, masalah integriti isyarat berlaku.

Masalah integriti isyarat boleh menyebabkan atau secara langsung menyebabkan kerosakan isyarat, ralat masa, data yang salah, alamat dan garis kawalan, dan kerosakan sistem, atau bahkan kerosakan sistem.

Masalah integriti isyarat PCB terutamanya termasuk refleksi isyarat, perbualan salib, lambat isyarat, dan ralat masa.

1. Refleksi

Apabila isyarat dihantar pada garis penghantaran, apabila pengendalian karakteristik garis penghantaran pada PCB kelajuan tinggi tidak sepadan dengan pengendalian sumber atau pengendalian muatan isyarat, isyarat akan diselarang, menyebabkan bentuk gelombang isyarat melebihi, pengendalian bawah dan fenomena berdering yang berasal.

Overshot (Overs hoot) merujuk kepada puncak pertama (atau lembah) penggantian isyarat, yang merupakan kesan tenaga tambahan di atas aras kuasa atau di bawah aras tanah rujukan;

Subshot (Unders hoot) merujuk ke lembah berikutnya (atau puncak) penggantian isyarat. Tengah ketinggalan berlebihan sering mempengaruhi untuk masa yang lama untuk menyebabkan kerosakan peranti, ketinggalan mengurangkan margin bunyi, dan cincin meningkatkan masa yang diperlukan untuk stabilisasi isyarat, dengan itu mempengaruhi masa sistem.

2. Crosstalk

Dalam PCB, percakapan salib merujuk kepada gangguan bunyi yang tidak diinginkan disebabkan oleh tenaga elektromagnetik ke garis trasmis bersebelahan melalui kapasitas bersama-sama dan sambungan induksi bersama-sama apabila isyarat menyebar pada garis trasmis. Ia disebabkan oleh medan elektromagnetik disebabkan oleh struktur berbeza di kawasan yang sama. Dihasilkan oleh interaksi. Kapensiensi saling mengakibatkan semasa sambungan, yang dipanggil saling bercakap kapasitif; dan induktif saling mengakibatkan tekanan sambungan, yang dipanggil percakapan saling induktif. Pada PCB, perbualan salib berkaitan dengan panjang jejak, jarak garis isyarat, dan keadaan pesawat tanah rujukan.

3. Lembatan isyarat dan ralat masa

Isyarat dihantar pada wayar PCB pada kelajuan terbatas, dan isyarat dihantar dari hujung pemandu ke hujung penerima, semasa ada lambat penghantaran. Lambat isyarat yang berlebihan atau lambat isyarat tidak sepadan mungkin menyebabkan ralat masa dan kekeliruan fungsi peranti logik.

Kaedah reka PCB untuk memastikan integriti isyarat

Dalam proses reka PCB, jika anda ingin memastikan integriti isyarat lebih baik, anda boleh mempertimbangkan aspek berikut.

(1) Pertimbangan dalam desain sirkuit. Termasuk mengawal bilangan output penukaran sinkronik, mengawal kadar pinggir maksimum (dI/dt dan dV/dt) setiap unit, supaya mendapatkan kadar pinggir terendah dan diterima; memilih isyarat berbeza untuk blok fungsi output tinggi (seperti pemacu jam); dalam garis transmisi komponen pasif (seperti resistor, kondensator, dll.) disambung ke ujung atas untuk mencapai persamaan impedance antara garis transmisi dan muatan.

(2) Minimumkan panjang jejak kabel selari.

(3) Komponen patut diletakkan jauh dari antaramuka sambungan I/O dan kawasan lain yang susah untuk gangguan dan sambungan, dan jarak antara komponen patut diminumkan.

(4) Kurangkan jarak antara jejak isyarat dan pesawat rujukan.

(5) Kurangkan tahap pengendalian jejak dan pemacu isyarat.

(6) Perpadanan terminal. Sirkuit terminal yang sepadan atau komponen yang sepadan boleh ditambah.

(7) Lupakan kawat selari satu sama lain, menyediakan ruang kawat yang cukup antara kawat, dan mengurangkan sambungan induktif.

Integriti isyarat adalah konsep penting yang tidak dapat diabaikan dalam rancangan PCB. Untuk memastikan PCB mempunyai integriti isyarat yang baik, jurutera perlu sintesis pelbagai faktor pengaruh, bentangan dan laluan secara rasional, dan meningkatkan prestasi produk.