Teknik PCB - Isyarat dalam reka papan PCB digital kelajuan tinggi

Dengan meningkat kelajuan pemilihan output sirkuit terintegrasi dan meningkat ketepatan PCB, integriti isyarat telah menjadi salah satu isu yang mesti bimbang dalam rancangan PCB digital kelajuan tinggi. Parameter komponen dan PCB, bentangan komponen pada PCB, dan kabel garis isyarat kelajuan tinggi, dll. Faktor akan menyebabkan masalah integriti isyarat.

Untuk bentangan PCB, integriti isyarat memerlukan penyediaan bentangan papan sirkuit yang tidak mempengaruhi masa atau tekanan isyarat, sementara untuk bentangan sirkuit, integriti isyarat memerlukan penyediaan komponen penghentian, strategi bentangan, dan maklumat laluan.

Kelajuan isyarat tinggi pada PCB, bentangan tidak betul bagi komponen penghentian, atau kabel tidak betul isyarat kelajuan tinggi boleh menyebabkan masalah integriti isyarat, yang mungkin menyebabkan sistem mengeluarkan data yang salah, sirkuit tidak berfungsi dengan betul atau bahkan tidak berfungsi sama sekali. Bagaimana untuk merancang PCB Pertimbangan penuh faktor integriti isyarat dalam proses dan tindakan kawalan efektif telah menjadi topik panas dalam industri desain PCB hari ini

1. Masalah integriti isyarat

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, kerosakan sistem, dan bahkan kerosakan sistem. Masalah integriti isyarat tidak disebabkan oleh faktor tunggal, tetapi dalam rekaan aras papan. Disebabkan oleh pelbagai faktor.

Kelajuan penukaran IC, bentangan tidak betul bagi komponen penghentian, atau kabel tidak betul bagi isyarat kelajuan tinggi semua boleh menyebabkan masalah integriti isyarat. Masalah integriti isyarat utama termasuk: lambat, refleksi, bunyi tukar sinkronik, oscilasi, lompatan tanah, saling bercakap, dll.

2. Definisi integriti isyarat

Integriti isyarat merujuk kepada kemampuan isyarat untuk menjawab dengan masa dan tekanan yang betul dalam sirkuit. Ia adalah keadaan di mana isyarat tidak rosak, dan ia mewakili kualiti isyarat pada garis isyarat.

2.1 Lembatan

Lambat bermakna isyarat dihantar dengan kelajuan terbatas pada wayar PCB, dan isyarat dihantar dari hujung penghantaran ke hujung penerima, semasa ada lambat penghantaran. Lambat isyarat akan mempengaruhi masa sistem, dan lambat penghantaran terutamanya bergantung pada panjang wayar dan konstan dielektrik medium disekitar wayar.

Dalam sistem digital kelajuan tinggi, panjang garis penghantaran isyarat adalah faktor paling langsung yang mempengaruhi perbezaan fasa denyutan jam. Perbezaan fasa denyut jam merujuk kepada isyarat dua jam yang dijana pada masa yang sama, dan masa apabila mereka tiba di hujung penerima tidak disegerakan.

Perbezaan fasa denyutan jam mengurangkan jangkaan tiba pinggir isyarat. Jika perbezaan fasa denyutan jam terlalu besar, isyarat ralat akan dijana pada akhir penerimaan. Seperti yang ditampilkan dalam Gambar 1, lambat garis penghantaran telah menjadi sebahagian penting dari siklus denyutan jam.

2.2 Refleksi

Refleksi adalah echo pada garis sub-transmisi. Apabila masa lambat isyarat (Lembatan) jauh lebih besar daripada masa transisi isyarat (Masa Transisi), garis isyarat mesti digunakan sebagai garis transmisi. Apabila pengendalian karakteristik garis penghantaran tidak sepadan dengan pengendalian muatan, sebahagian kuasa isyarat (tegangan atau semasa) dihantar ke garis dan mencapai muatan, tetapi sebahagian daripada ia diselarang.

Jika impedance muatan kurang daripada impedance asal, refleksi adalah negatif; jika tidak, refleksi adalah positif. Variasi dalam geometri wayar, penghentian wayar yang salah, penghantaran melalui konektor, dan keterlaluan dalam pesawat kuasa semua boleh menyebabkan refleksi seperti itu.

2.3 Suara penyukaran sinkronik (SSN)

Apabila banyak isyarat digital pada PCB ditukar secara serentak (seperti bas data CPU, bas alamat, dll.), disebabkan pengendalian garis kuasa dan garis tanah, bunyi penyukar secara serentak akan dijana, dan bunyi melompat pesawat tanah juga akan muncul pada garis tanah (bom tanah).

Kekuatan SSN dan lompatan tanah juga bergantung pada ciri-ciri I/O sirkuit terintegrasi, pengendalian lapisan kuasa PCB dan lapisan pesawat, dan bentangan dan kabel peranti kelajuan tinggi pada PCB.

2.4 Crosstalk (Crosstalk)

Crosstalk adalah sambungan antara dua garis isyarat, dan induksi dan kapasitas bersama antara garis isyarat menyebabkan bunyi di garis. Pengikatan kapasitif mengakibatkan arus sambungan, dan sambungan induktif mengakibatkan tensi sambungan. Bunyi salib berasal dari sambungan elektromagnetik antara rangkaian wayar isyarat, antara sistem isyarat dan sistem distribusi kuasa, dan antara saluran.

Penyeberangan salib boleh menyebabkan jam palsu, ralat data intermittent, dll., yang boleh mempengaruhi kualiti penghantaran isyarat bersebelahan. Sebenarnya, kita tidak perlu menghapuskan persimpangan, selama ia dikawal dalam julat yang sistem boleh tahan untuk mencapai tujuan.

Parameter lapisan PCB, jarak garis isyarat, ciri-ciri elektrik hujung pemandu dan hujung penerima, dan kaedah penghentian asas semua mempunyai kesan tertentu pada perbualan salib.

2.5 Menembak dan Menembak

Tembakan berlebihan apabila puncak pertama atau lembah melebihi tekanan ditetapkan. Untuk pinggir naik, ia merujuk kepada tegangan tertinggi, dan untuk pinggir jatuh, ia merujuk kepada tegangan tertinggi. Menembak bermakna lembah berikutnya atau nilai puncak melebihi tekanan ditetapkan.

Terlalu berlebihan boleh menyebabkan dioda perlindungan berfungsi, menyebabkan kegagalan awalnya. Rentetan bawah lebihan boleh menyebabkan jam palsu atau ralat data (kesalahan operasi).

2.6 Ringing and Rounding

Fenomen oscilasi berulang kali melebihi dan melebihi bawah. Oscilasi isyarat ialah oscilasi disebabkan oleh induktansi dan kapasitasi transisi garis, yang milik keadaan yang kurang damp, dan oscilasi sekeliling milik keadaan yang terlalu damp.

Ossilasi dan oscilasi sekeliling juga disebabkan oleh banyak faktor seperti refleksi. Ossilasi boleh dikurangkan dengan penghentian yang betul, tetapi ia adalah mustahil untuk mengeluarkannya sepenuhnya.

2.7 Bunyi melompat tanah dan bunyi balik

Apabila ada gelombang semasa besar dalam sirkuit, ia akan menyebabkan suara penerbangan tanah melompat. Contohnya, apabila nombor besar output cip diaktifkan pada masa yang sama, arus transient besar akan mengalir melalui kapal kuasa cip dan papan. Pakej cip dan bekalan kuasa Induktan dan perlawanan pesawat akan menyebabkan bunyi kuasa, yang akan menghasilkan perubahan tenaga dan perubahan pada pesawat tanah yang sebenar (OV). Bunyi ini akan mempengaruhi tindakan komponen lain.

Peningkatan kapasitas muatan, penurunan resistensi muatan, meningkat indunsi tanah, dan meningkat bilangan peranti tukar pada masa yang sama akan menyebabkan meningkat lompatan tanah.

Sebab pembahagian pesawat tanah (termasuk tenaga dan tanah), misalnya, pesawat tanah dibahagi ke tanah digital, tanah analog, tanah perisai, dll., apabila isyarat digital pergi ke kawasan tanah analog, bunyi balik pesawat tanah akan dijana.

Dengan cara yang sama, pesawat kuasa juga boleh dibahagi menjadi 2.5V, 3.3V, 5V, dll. Oleh itu, dalam rancangan PCB-voltaj berbilang, perhatian istimewa perlu diberikan kepada bunyi balik dan bunyi balik pesawat tanah.