Teknik PCB - Masalah kesan garis penghantaran PCB kelajuan tinggi empat titik untuk ditangani

Dalam proses desain PCB kelajuan tinggi, kesan garis penghantaran akan membawa kepada beberapa masalah integriti isyarat, bagaimana untuk menanganinya? Ini empat perkara untuk dikongsi dengan anda:

1. Kawalan ketat panjang kabel kabel rangkaian kunci

Jika rancangan mempunyai pinggir lompatan kelajuan tinggi, kesan garis penghantaran pada papan PCB mesti dianggap. Kadar jam tinggi cip sirkuit terpasang pantas yang biasanya digunakan hari ini lebih masalah.

Terdapat beberapa prinsip asas untuk menyelesaikan masalah ini: jika litar CMOS atau TTL digunakan untuk desain, frekuensi operasi kurang dari 10MHz, dan panjang kawat tidak sepatutnya lebih dari 7 inci. Jika frekuensi operasi adalah 50MHz, panjang kabel tidak sepatutnya lebih dari 1.5 inci. Panjang kawat sepatutnya 1 inci jika frekuensi operasi mencapai atau melebihi 75MHz. Panjang kawat untuk cip GaAs adalah 0.3 inci. Jika ini melebihi, ada masalah garis penghantaran.

2. Rencanakan topologi kabel

Cara lain untuk menyelesaikan kesan garis penghantaran adalah memilih laluan laluan yang betul dan topologi terminal. topologi kabel merujuk kepada urutan kabel dan struktur kabel rangkaian. Apabila peranti logik kelajuan tinggi digunakan, isyarat dengan pinggir yang berubah dengan cepat akan distorsikan oleh cabang batang isyarat kecuali panjang cabang disimpan sangat pendek.

Secara umum, penghalaan PCB mengadopsi dua topologi asas, iaitu penghalaan Daisy Chain dan distribusi bintang.

Untuk kawat rantai daisy, kawat bermula pada hujung pemandu dan mencapai setiap hujung menerima berturut-turut. Jika penentang siri digunakan untuk mengubah karakteristik isyarat, kedudukan penentang siri sepatutnya dekat dengan hujung pemandu. Dalam mengawal gangguan harmonik tinggi kawat, kesan kawat rantai Daisy. Namun, kawat semacam ini tidak mudah untuk melepasi 100%. Dalam rancangan sebenar, kita mahu membuat panjang cabang dalam kawat rantai Daisy sebagai pendek yang mungkin, dan nilai panjang selamat sepatutnya: Stub Delay < = Trt * 0. 1

Perhatian: Trt is response time

Contohnya, cabang berakhir dalam sirkuit TTL kelajuan tinggi seharusnya kurang dari 1.5 inci panjang. Topologi ini mengambil ruang kawat yang kurang dan boleh dihentikan dengan satu persamaan resistor tunggal. Namun, struktur kawat ini membuat isyarat menerima pada penerima isyarat berbeza tidak segerak.

Topologi bintang boleh secara efektif mengelakkan masalah penyegerakan isyarat jam, tetapi ia sangat sukar untuk menyelesaikan kabel secara manual pada PCB dengan densiti tinggi. Penggunaan kabel automatik adalah cara untuk menyelesaikan kabel bintang. Penegang terminal diperlukan pada setiap cabang. Nilai perlawanan terminal patut sepadan dengan keterangan keterangan wayar. Ini boleh dilakukan secara manual atau melalui alat CAD untuk menghitung nilai impedance karakteristik dan nilai perlahan yang sepadan terminal.

Sementara penentang terminal sederhana digunakan dalam dua contoh di atas, terminal yang lebih kompleks yang sepadan adalah pilihan dalam praktek. Pilihan adalah terminal yang sepadan dengan RC. Terminal yang sepadan RC boleh mengurangkan konsumsi kuasa, tetapi hanya boleh digunakan bila operasi isyarat relatif stabil. Kaedah ini sesuai untuk pemprosesan isyarat garis jam. Kegagalan ialah kapasitasi dalam terminal yang sepadan RC boleh mempengaruhi bentuk dan kelajuan penyebaran isyarat.

Terminal pemberontak siri tidak mengalami penggunaan kuasa tambahan, tetapi memperlambat penghantaran isyarat. Ini

pendekatan digunakan dalam sirkuit yang dipandu bas dimana lambat masa tidak signifikan. Terminal pemberontak siri juga mempunyai kelebihan untuk mengurangi bilangan peranti yang digunakan di papan dan ketepatan sambungan.

Satu cara adalah untuk memisahkan terminal yang sepadan, di mana unsur yang sepadan perlu ditempatkan dekat akhir penerimaan. Keuntungannya ialah ia tidak akan menarik isyarat, dan boleh sangat baik untuk menghindari bunyi. Biasanya digunakan untuk isyarat input TTL (ACT, HCT, FAST).

Selain itu, jenis pakej dan jenis pemasangan penentang yang sepadan terminal mesti dianggap. Biasanya resisten lekap permukaan SMD mempunyai induktan yang lebih rendah daripada komponen lubang melalui, jadi komponen pakej SMD menjadi. Terdapat juga dua mod pemasangan untuk penentang plug lurus biasa: menegak dan mengufuk.

Dalam mod lekap menegak, perlawanan mempunyai pin lekap pendek, yang mengurangkan perlawanan panas antara perlawanan dan papan sirkuit dan menjadikan panas perlawanan lebih mudah dikeluarkan ke udara. Tetapi pemasangan menegak yang lebih panjang akan meningkatkan induktan penentang. Pemasangan mengufuk mempunyai induksi yang lebih rendah disebabkan pemasangan yang lebih rendah. Tetapi perlawanan yang terlalu panas akan bergerak, dalam kes buruk perlawanan menjadi terbuka, menghasilkan kegagalan penghentian kabel PCB, menjadi faktor kegagalan potensi.

3. Kaedah untuk menekan gangguan elektromagnetik

Solusi yang baik untuk masalah integriti isyarat akan meningkatkan kompatibilitas elektromagnetik (EMC) papan PCB. Salah satu yang paling penting adalah untuk memastikan papan PCB mempunyai dasar yang baik. Lapisan isyarat dengan lapisan tanah adalah kaedah yang sangat efektif untuk desain kompleks. Selain itu, densiti isyarat luar papan sirkuit juga adalah cara yang baik untuk mengurangi radiasi elektromagnetik, yang boleh dicapai dengan menggunakan teknologi "lapisan permukaan" rekaan PCB "build-up". Lapisan kawasan permukaan dicapai dengan menambah kombinasi lapisan insulasi tipis dan mikropori yang digunakan untuk menembus lapisan ini pada PCB proses umum. Penolakan dan kapasitasi boleh dikubur di bawah permukaan, dan densiti linear per unit kawasan hampir ganda, sehingga mengurangi volum PCB. Pengurangan kawasan PCB mempunyai kesan besar pada topologi laluan, yang bermakna gelung semasa dikurangkan, panjang laluan cabang dikurangkan, dan radiasi elektromagnetik adalah kira-kira proporsional dengan kawasan gelung semasa; Pada masa yang sama, ciri-ciri saiz kecil bermakna pakej pin densiti tinggi boleh digunakan, yang menurunkan panjang wayar, dengan itu mengurangkan loop semasa dan meningkatkan ciri-ciri emc.

4. Teknologi lain yang berlaku

Untuk mengurangi ketinggalan tegangan sementara pada bekalan kuasa IC, kondensator penyahpautan patut ditambah ke cip IC. Ini secara efektif menghapuskan kesan letupan pada bekalan kuasa dan mengurangkan radiasi dari loop kuasa pada papan cetak.

Kesan penyelesaian letupan apabila menyambung kondensator disambung secara langsung ke kaki bekalan kuasa sirkuit terintegrasi daripada ke lapisan bekalan kuasa. Inilah sebabnya beberapa peranti mempunyai kondensator yang menyambung dalam soket mereka, sementara yang lain memerlukan jarak antara kondensator yang menyambung dan peranti untuk cukup kecil. Setiap peranti kelajuan tinggi dan penggunaan kuasa tinggi patut ditempatkan bersama-sama sebanyak yang mungkin untuk mengurangi ketinggalan sementara voltas bekalan kuasa. Tanpa lapisan kuasa, garis kuasa panjang membentuk loop antara isyarat dan loop, berkhidmat sebagai sumber radiasi dan sirkuit induktif.

Kabel membentuk loop yang tidak melewati kabel rangkaian yang sama atau kabel lain dipanggil loop terbuka. Jika gelung melewati kabel rangkaian yang sama, laluan lain membentuk gelung tertutup. Dalam kedua-dua kes, kesan antena (antena baris dan antena cincin) boleh berlaku. Antena menghasilkan radiasi EMI secara luar dan juga sirkuit sensitif. Gelung ditutup adalah masalah yang mesti dianggap kerana radiasi yang ia hasilkan adalah kira-kira proporsional dengan kawasan gelung ditutup.