Teknik PCB - Ralat Bus Paralel dan Solusi Interferensi untuk Aplikasi Frekuensi Tinggi

Dalam rancangan elektronik modern, rancangan PCB adalah penting, dan bas, sebagai saluran kunci untuk komunikasi antara pelbagai peranti, menyediakan dasar untuk prestasi dan efisiensi rancangan PCB. Dalam artikel ini, kita akan membincangkan secara mendalam ciri-ciri, keuntungan dan kelemahan, serta skenario aplikasi bas selari dan berantai dalam rancangan PCB kelajuan tinggi, untuk membantu jurutera rancangan memahami dan memilih jenis bas yang betul.

Bus adalah laluan fizikal terkongsi untuk komunikasi antara dua atau lebih peranti, koleksi garis isyarat, dan pautan umum antara komponen berbilang untuk memindahkan maklumat diantaranya. Terdapat dua jenis bas utama berdasarkan mod operasi mereka: bas selari dan bas berantai.

Bus paralel direka untuk membenarkan beberapa bit data dihantar pada masa yang sama. Struktur bas ini sama dengan jalan raya luas yang boleh mengakomodasi kenderaan berbilang yang mengembara pada masa yang sama, dan biasanya digunakan dalam situasi dimana penghantaran data lebih memerlukan. Keuntungan bas selari ialah penghantaran data cepat kerana isyarat berbilang boleh dihantar pada masa yang sama. Namun, semasa kadar penghantaran data meningkat, masalah integriti isyarat dan gangguan muncul. Sambungan bas paralel memerlukan lebih garis isyarat, yang membawa kepada peningkatan kompleksiti desain, dan masalah salib dan lambat antara isyarat tidak boleh diabaikan dalam operasi frekuensi tinggi.

Tidak seperti bas selari, bas berantai menghantar data satu seterusnya dalam tertib bit. Isyaratan siri biasanya menggunakan lebih sedikit wayar isyarat, yang membuat wayar lebih mudah dan lebih jelas. Kerana hanya satu atau beberapa wayar diperlukan untuk penghantaran data, bas berantai adalah khusus penting dalam mengurangi jumlah ruang yang diambil pada PCB dan mengurangi kompleksiti produk selesai.

Bus berantai secara umum lebih menentang gangguan, terutama jika isyarat berbeza digunakan, di mana setiap pasangan wayar berbeza terdiri dari positif dan negatif, meningkatkan integriti isyarat. Walaupun bas berantai menghantar sedikit bit per unit masa, kadar data yang lebih tinggi boleh dicapai dengan menggunakan kadar penyebaran yang lebih tinggi.

Bus paralel sesuai untuk aplikasi yang memerlukan lebar bandu tinggi dan kelemahan rendah. Aplikasi umum termasuk pemindahan data dalam komputer dan sambungan periferi prestasi tinggi seperti kad grafik. Bus paralel mampu memindahkan beberapa bit data pada masa yang sama, yang memberi mereka keuntungan yang signifikan bila berurusan dengan jumlah besar data. Contohnya, bas komputer tradisional seperti PCI dan PCIe menggunakan paralelisme untuk pemindahan data cepat. Namun, pada frekuensi operasi tinggi, gangguan serius boleh berlaku antara garis isyarat selari, jadi perancang perlu mempertimbangkan penyelenggaran integriti isyarat dan pengurusan gangguan bila menggunakan bas selari. Teknik kabel dan pengkondisi isyarat yang tepat boleh berkesan dalam mengurangi kesan masalah ini.

Berbanding dengan bas selari, bas berantai melakukan lebih baik untuk pemindahan data jarak jauh dan pertukaran data skala besar. Dengan kabel sederhana dan biaya rendah, bas berantai adalah salah satu pilihan utama untuk komunikasi modern. Aplikasi mengandungi pelbagai standar antaramuka seperti I2C, SPI, dan USB, yang digunakan secara luas untuk sambungan antara sensor, mikrokawal, dan periferi lain. Design bas berantai memberikannya keuntungan dalam terma kekebalan terhadap gangguan, membuatnya sesuai untuk digunakan dalam persekitaran dengan gangguan elektromagnetik berat. Contohnya, bas CAN adalah protokol komunikasi berantai yang biasa digunakan dalam aplikasi kenderaan dan industri, dan mekanisme pengesan ralat yang kuat dan pengunduran memastikan penghantaran data yang boleh dipercayai dalam persekitaran kompleks.

Hanya satu bahagian data boleh dihantar pada masa yang sama, yang seperti jalan yang sempit yang hanya membenarkan satu kereta berjalan. Data mesti dihantar satu demi satu, yang kelihatan seperti rentetan data panjang, jadi ia dipanggil "siri".

Contoh terbaik penghantaran selari adalah cip memori DDR. Ia mempunyai set baris data D0-D7, ditambah DQS dan DQM. Set garis ini dihantar bersama-sama. Tidak kira bit mana mempunyai ralat, data tidak akan dihantar dengan betul. Hanya hantar semula. Oleh itu, setiap kabel kabel data mesti mempunyai panjang yang sama, dan ia mesti terluka beberapa kali.

Data siri berbeza. Data dihantar satu per satu, dan tiada sambungan antara bit. Tiada ralat dalam bit ini dan bit berikutnya tidak dapat dihantar. Data paralel adalah set data di mana satu bit salah, dan seluruh set data tidak akan berfungsi.

Keperlukan kabel PCB

Keperlukan kabel bas paralel:

(1) Ia dicadangkan bahawa bas lebih baik diawal dalam, dan jarak antara bas dan wayar lain patut meningkat sebanyak yang mungkin.

(2) Selain keperluan istimewa, impedance desain garis tunggal dijamin untuk 50 ohms, dan impedance desain berbeza dijamin untuk 100 ohms.

(3) Disarankan kumpulan bas yang sama menjaga panjang kawat yang sama, dan mengikut hubungan masa tertentu dengan garis jam, dan kawal panjang kawat dengan rujukan kepada keputusan kuat dari analisis masa.

(4) Ia dicadangkan untuk menjadi sebanyak mungkin kepada bekalan kuasa I/O atau pesawat rujukan GND kumpulan bas ini untuk memastikan integriti pesawat rujukan.

(5) Sebuah bas dengan masa naik kurang dari 1ns memerlukan pesawat rujukan lengkap dan tidak boleh menyeberangi sekatan.

(6) Disarankan bas alamat bawah merujuk kepada keperluan kawat jam.

(7) Jarak kawat angin ular tidak boleh kurang dari 3 kali lebar garis.

Keperluan kabel bas berantai PCB kelajuan tinggi

Untuk bas berantai dengan frekuensi yang lebih tinggi dari 100Mbps, selain mengikut peraturan kawalan salib umum dan kawalan kabel untuk bas selari, beberapa keperluan tambahan perlu dianggap dalam rancangan kabel:

(1) Bus berantai PCB kelajuan tinggi perlu mempertimbangkan kehilangan kawat dan menentukan lebar baris dan panjang baris.

(2) Disarankan lebar garis tidak kurang dari 5 mil dalam keadaan normal, dan kawat sepatutnya pendek yang mungkin.

(3) Kecuali saluran Fanout, bas berantai kelajuan tinggi tidak boleh ditembak dan diubah.

(4) Apabila kelajuan pins pemalam yang terlibat dalam bas berantai adalah di atas 3.125Gbps, anti-pad patut optimasi untuk mengurangkan kesan non-radiasi disebabkan oleh impedance berhenti.

(5) Disarankan apabila menukar lapisan kawat bas berantai kelajuan tinggi, pilih lapisan kawat dengan lapisan kecil melalui stub. Untuk isyarat ke sambungan, apabila ruang kabel terbatas, lapisan kabel dengan pendek melalui stub lebih baik ditugaskan ke hujung penghantaran.

(6) Disarankan apabila kadar ialah 3.125Gbps atau lebih, lubang tanah patut dibuang di sebelah isyarat melalui, dan kondensator sambungan AC juga patut dirawat secara khusus untuk anti-pad.

(7) Jika saluran isyarat kelajuan tinggi diproses dengan pengeboran belakang, perlu mempertimbangkan pengaruh pengurangan kapasitas aliran semasa kapasitas kawasan tanah kuasa dan peningkatan induktan loop penapis selepas penutup aliran ketat.

(8) Isyarat kelajuan tinggi mengelakkan garis pembahagian lapisan pesawat, dan jarak mengufuk antara pinggir garis isyarat dan pinggir garis pembahagian dijamin menjadi 3W.

(9) Isyarat kelajuan tinggi dalam kedua-dua arah tidak patut diseberangi dan dijalurkan.