Teknik PCB - Cara untuk mengelakkan kesan garis penghantaran PCB kelajuan tinggi

Oleh kerana kesan yang diperkenalkan oleh masalah garis penghantaran PCB kelajuan tinggi, kita akan bercakap tentang kaedah untuk mengawal kesan ini dari aspek berikut.

1 Kawal panjang kabel rangkaian kunci secara ketat

Jika ada pinggir transisi kelajuan tinggi dalam rancangan, masalah kesan garis transmisi pada PCB mesti dianggap. Chip sirkuit integrasi cepat dengan frekuensi jam yang sangat tinggi yang biasanya digunakan sekarang mempunyai masalah seperti itu. 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. Panjang kawat tidak sepatutnya lebih dari 1.5 inci pada 50MHz. Jika frekuensi operasi mencapai atau melebihi 75MHz, panjang kawat sepatutnya 1 inci. Panjang kabel maksimum bagi cip GaAs sepatutnya 0.3 inci. Jika piawai ini diluar, akan ada masalah garis penghantaran.

2 Rasanya merancang topologi kawat

Cara lain untuk menyelesaikan kesan garis penghantaran PCB kelajuan tinggi adalah memilih laluan kawat yang betul dan topologi terminal. Struktur topologi kabel merujuk kepada urutan kabel dan struktur kabel rangkaian. Apabila menggunakan peranti logik kelajuan tinggi, kecuali panjang cabang jejak disimpan pendek, isyarat dengan pinggir yang berubah dengan cepat akan distorsikan oleh jejak cabang pada jejak batang isyarat. Dalam keadaan biasa, penghalaan PCB menggunakan dua topologi asas, iaitu penghalaan Daisy Chain dan distribusi bintang.

Untuk kawat rantai daisy, kawat bermula dari hujung pemandu dan mencapai setiap hujung menerima berturut-turut. Jika perlawanan siri digunakan untuk mengubah karakteristik isyarat, kedudukan perlawanan siri patut dekat dengan hujung pemacu. Dalam terma mengawal gangguan harmonik tertib tinggi kawat, kawat rantai daisy mempunyai kesan terbaik. Namun, kaedah kabel ini mempunyai kadar distribusi paling rendah, dan ia tidak mudah untuk mengedarkan 100%. Dalam rancangan sebenar, kita membuat panjang cabang dalam kawat rantai daisy secepat mungkin. Nilai panjang selamat sepatutnya: Lembatan Stub <= Trt *0.1.

Contohnya, panjang cabang berakhir dalam sirkuit TTL kelajuan tinggi sepatutnya kurang dari 1.5 inci. topologi ini menguasai ruang kawat yang kurang dan boleh dihentikan dengan resistor tunggal. Namun, struktur kawat ini membuat penerimaan isyarat pada isyarat penerimaan berbeza berakhir asynchronous.

Struktur topologi bintang boleh mengelakkan masalah asinkron isyarat jam, tetapi ia sangat sukar untuk menyelesaikan wayar secara manual pada papan PCB densiti tinggi. Penggunaan penghala automatik adalah cara terbaik untuk menyelesaikan kawalan bintang. Penolak penghentian diperlukan pada setiap cabang. Keperlawanan penentang terminal sepatutnya sepadan dengan impedance karakteristik sambungan. Ini boleh dihitung secara manual atau oleh alat CAD untuk menghitung nilai impedance karakteristik dan nilai perlawanan yang sepadan terminal.

Dalam dua contoh di atas, penahan terminal sederhana digunakan. Dalam latihan, terminal yang lebih kompleks boleh dipilih. Pilihan pertama adalah terminal yang sepadan dengan RC. Terminal yang sepadan RC boleh mengurangkan konsumsi kuasa, tetapi ia hanya boleh digunakan apabila isyarat relatif stabil. Kaedah ini paling sesuai untuk sepadan isyarat garis jam. Kegagalan ialah kapasitasi dalam terminal yang sepadan RC boleh mempengaruhi bentuk dan kelajuan penyebaran isyarat.

Terminal perlahan siri yang sepadan tidak akan menghasilkan konsumsi kuasa tambahan, tetapi akan memperlambat penghantaran isyarat. Kaedah ini digunakan untuk sirkuit pemacu bas dimana lambat masa mempunyai sedikit kesan. Keuntungan terminal perlawanan siri adalah ia boleh mengurangkan bilangan peranti di atas kapal dan ketepatan kawat.

Kaedah terakhir adalah untuk memisahkan terminal yang sepadan. Dengan cara ini, komponen yang sepadan perlu ditempatkan dekat akhir penerima. Keuntungan ialah ia tidak akan menarik isyarat, dan bunyi boleh dihindari dengan baik. Biasanya digunakan untuk isyarat input TTL (ACT, HCT, FAST).

Selain itu, jenis pakej dan jenis pemasangan penentang yang sepadan terminal juga mesti dianggap. Secara umum, resisten lekapan permukaan SMD mempunyai inductans yang lebih rendah daripada komponen lubang melalui, jadi komponen pakej SMD menjadi pilihan pertama. Jika anda memilih resisten dalam baris biasa, terdapat juga dua pilihan untuk pemasangan: menegak dan mengufuk.

Dalam mod pemasangan menegak, satu pin pemasangan penentang sangat pendek, yang boleh mengurangi penentang panas antara penentang dan papan sirkuit, sehingga panas penentang boleh lebih mudah disebar ke udara. Tetapi pemasangan menegak yang lebih panjang akan meningkatkan induktan penentang. Pemasangan mengufuk mempunyai induksi yang lebih rendah disebabkan pemasangan yang lebih rendah. Namun, perlawanan yang terlalu panas akan bergerak. Dalam kes terburuk, lawan akan menjadi sirkuit terbuka, menyebabkan penghentian jejak PCB gagal dan 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 sangat penting adalah untuk memastikan papan PCB mempunyai dasar yang baik. Ia sangat berkesan untuk menggunakan lapisan isyarat dengan lapisan tanah untuk desain kompleks. Selain itu, mengurangi ketepatan isyarat lapisan luar papan sirkuit juga cara yang baik untuk mengurangi radiasi elektromagnetik. Kaedah ini boleh diselesaikan dengan menggunakan teknologi "lapisan kawasan permukaan" desain dan penghasilan PCB. Lapisan kawasan permukaan diselesaikan dengan menambah kombinasi lapisan pengisihan tipis dan lubang-mikro yang digunakan untuk menembus lapisan ini pada proses biasa PCB. Keperlawanan dan kapasitasi boleh dikubur di bawah lapisan permukaan, dan ketepatan jejak per kawasan unit akan hampir ganda. Kurangkan saiz PCB. Pengurangan kawasan PCB mempunyai kesan besar pada struktur topologi jejak, yang bermakna gelung semasa dikurangkan, panjang jejak cabang dikurangkan, dan radiasi elektromagnetik adalah kira-kira proporsional dengan kawasan gelung semasa; pada masa yang sama, ciri saiz kecil bermakna peranti-peranti berkemas kaki-kaki yang mempunyai densiti tinggi boleh digunakan, yang menurunkan panjang wayar, dengan itu mengurangkan gelung semasa dan meningkatkan ciri-ciri kompatibilitas elektromagnetik.

4 Teknologi lain yang tersedia

Untuk mengurangi ketinggalan seketika tegangan pada bekalan kuasa cip sirkuit terintegrasi, kondensator penyahpautan patut ditambah ke cip sirkuit terintegrasi. Ini boleh menghapuskan kesan letupan pada bekalan kuasa dan mengurangkan radiasi loop kuasa pada papan cetak.

Apabila kondensator menyambung secara langsung tersambung ke kaki tabung kuasa sirkuit terintegrasi selain dari lapisan kuasa, kesan penyelesaian burr adalah terbaik. Inilah sebabnya beberapa soket peranti mempunyai kondensator penyahpautan, dan beberapa peranti memerlukan jarak antara kondensator penyahpautan dan peranti untuk cukup kecil.

Setiap peranti kelajuan tinggi dan kuasa tinggi sepatutnya ditempatkan bersama-sama sebanyak yang mungkin untuk mengurangkan ketinggalan sementara bagi tenaga bekalan kuasa.

Jika tidak ada lapisan kuasa, sambungan kuasa panjang akan membentuk loop antara isyarat dan loop, menjadi sumber radiasi dan sirkuit sensitif.

Situasi di mana jejak PCB membentuk gelung yang tidak melewati kabel rangkaian yang sama atau jejak lain dipanggil gelung terbuka. Jika gelung melalui wayar lain kabel rangkaian yang sama, ia membentuk gelung tertutup. Dalam kedua-dua kes, kesan antena (antena wayar dan antena loop) terbentuk. Antena menghasilkan radiasi EMI secara luar dan juga sirkuit sensitif sendiri. Gelung ditutup adalah masalah yang mesti dianggap kerana radiasi yang ia hasilkan adalah kira-kira proporsional dengan kawasan gelung ditutup.