Teknik PCB - Kebatasan penghalang PCB menyebabkan refleksi isyarat

Ini artikel dalam dalam pada topik yang sangat penting yang penjana PCB patut menguasai. Perkara pertama yang perlu diingat adalah kerana impedance berhenti, refleksi isyarat akan berlaku di garis penghantaran PCB.

Garis penghantaran sepatutnya mempunyai penghalang karakteristik seragam. Setiap perubahan atau penghentian dalam impedance akan menyebabkan refleksi isyarat dan gangguan.

Fenomen ini juga berlaku pada jejak PCB dan garis penghantaran. Alasan ialah panjang gelombang fizikal isyarat frekuensi tinggi sangat pendek. Oleh itu, jejak PCB menunjukkan ciri-ciri yang sama. Semakin tinggi frekuensi, semakin pendek panjang gelombang. Anda perlu melayan jejak yang lebih pendek seperti garis penghantaran.

Penghentian trak isyarat atau penghentian tidak seragam membentuk penghentian integriti isyarat. Untuk menghindari gangguan isyarat pada sumber dan sasaran, anda mesti padan jejak PCB dengan sumber. Kemudian anda mesti memuatkan impedance pada sumber dan sasaran berakhir. Ini menghasilkan cabaran yang besar, memerlukan rancangan PCB yang berhati-hati untuk mengurangi kesan pengurangan isyarat disebabkan oleh penghentian impedance. Semakin tinggi ketidakberhentian impedance karakteristik, semakin tinggi refleksi isyarat. Ini bermakna penyelesaian isyarat juga lebih tinggi. Oleh sebab itu, cuba untuk menjaga penghentian impedance sebanyak mungkin. Dalam terma amplitud dan masa. Baca: Mengapa impedance terkawal benar-benar penting.

Kebatasan kemudahan mempengaruhi integriti isyarat

Secara teori, isyarat digital adalah denyut gelombang kuasa dua yang bertukar dalam masa yang singkat. Sudah tentu, masa naik isyarat pendek yang diperlukan oleh litar digital frekuensi tinggi akan menghasilkan frekuensi yang sangat tinggi yang berkaitan dengan masa naik isyarat cepat. Sebenarnya, frekuensi ini akan menjadi tertib besar lebih tinggi daripada frekuensi jam sirkuit. Lebar denyut sirkuit digital frekuensi tinggi lebih pendek. Dengan itu masa naik lebih pendek. Masa naik isyarat yang sangat pendek bermakna isyarat digital mengandungi frekuensi yang sangat tinggi. Oleh itu, isyarat digital frekuensi tinggi patut mengikut peraturan integriti isyarat yang berkaitan dengan isyarat frekuensi tinggi.

Oleh itu, sebarang perubahan dalam pengendalian jejak PCB akan menyebabkan refleksi isyarat. Ini boleh menyebabkan kerosakan bunyi dan isyarat. Hasilnya ialah pada frekuensi penukaran tinggi, penghentian penghalang menyebabkan kerosakan serius pada isyarat digital, dan ralat pengumpulan isyarat boleh berlaku. Anda boleh mengukur garis trak trak yang bentuk oleh jejak PCB dengan parameter berikut: resistensi, konduktansi, dan resistensi jejak. Baca perbezaan antara garis microstrip dan garis strip dalam PCB.

Kebatasan penghalang biasa

Impedansi karakteristik garis adalah punca kuasa dua induktansi dibahagi dengan kapasitasi. Ini adalah asumsi yang masuk akal untuk PCB kerana perlawanan jejak dan konduktansi pada frekuensi isyarat tinggi adalah sia-sia dibandingkan dengan induktansi dan kapasitansi.

Kebatasan Impedance adalah sebarang faktor yang mempengaruhi nisbah induktansi jejak kepada kapasitasinya. Ini beberapa contoh biasa:

Impedansi perubahan dalam baris: Jika impedance baris berubah untuk sebab apa-apa, seperti perubahan dalam cekupan tembaga atau perubahan dalam laluan laluan, indutan bersama akan berubah dan penghentian impedance akan berlaku.

Branches dalam baris: Walaupun mungkin diperlukan untuk hala isyarat ke peranti berbilang, penggunaan cabang dan tulang garis boleh mengubah impedance garis dan menyebabkan penghentian.

Pemisahan isyarat kembali: isyarat frekuensi tinggi berkembang sepanjang laluan dengan impedance paling rendah, yang ditempatkan secara langsung di bawah jejak isyarat, biasanya dalam pesawat tanah. Setiap ciri fizikal dalam garis balik atau pesawat tanah yang memaksa isyarat balik untuk menyimpang dari laluan ini akan menyebabkan penghentian.

Vias: Guna vias untuk menghantar isyarat dari satu lapisan PCB ke lapisan lain. Walaupun ia adalah ciri asas desain PCB, bentuk dan saiz vias akan mengubah induktansi dan kapasitasi jejak, mencipta penghentian lain. Untuk belajar lebih banyak, baca bagaimana untuk mengurangkan kapasitas parasit dalam bentangan PCB.

Bagaimana untuk hadapi kesan penghentian impedance

Kekunci untuk mengawal kesan negatif penghentian pengendalian adalah untuk memperlakukan semua jejak isyarat PCB sebagai garis penghantaran. Anda perlu memastikan bahawa pengendalian karakteristik semua titik pada laluan isyarat adalah sama.

Pastikan anda mengikut petunjuk berikut:

Match source impedance and load impedance: Ensure that source impedance and load impedance are the same as trace impedance. Anda boleh mencapai ini dengan menggunakan serangkaian atau pemberontak selari untuk mencapai impedance yang betul. Selain itu, anda mesti hentikan mana-mana jejak terbuka dengan penentang nilai yang betul.

Lupakan cabang: Jika isyarat mesti dikongsi oleh cip berbilang, sambungkan baris dalam rantai daisy selain daripada menggunakan cabang. Alternatif, peranti penimbal yang sepadan boleh digunakan untuk menghantar isyarat ke cabang.

Laluan semula isyarat: Pastikan semula isyarat mengikut laluan yang sama dengan garis isyarat. Jika menggunakan pesawat tanah, pastikan tiada gangguan bagi pemisahan laluan isyarat kembali. Pastikan ada kapal terbang yang berjalan melalui seluruh panjang di bawah jejak, dan tiada retak atau potongan. Jika tiada pesawat yang kuat, gunakan jejak kembalinya yang lebih tebal, yang sepatutnya meliputi tiga kali panjang jejak dan tinggi dielektrik.

Melalui desain: Urus jejak frekuensi tinggi pada lapisan sebanyak mungkin. Jika butang diperlukan, sila gunakan butang mikro selain dari butang tradisional. Oleh kerana melalui lubang mempunyai kapasitas dan ciri-ciri induksi yang berbeza secara signifikan, minimum penggunaan mereka pada jejak isyarat. Jika perlu, gunakan kunci mikro dengan kapasitasi dan induktansi jauh lebih kecil daripada kunci piawai. Lubang mikro juga membantu menjaga panjang barang sebagai pendek yang mungkin. Kaedah lain adalah untuk menggunakan sambungan densiti tinggi atau teknologi HDI PCB.

Kebatasan Impedance dan refleksi isyarat

Isyarat pada garis penghantaran seragam akan menghadapi impedance "Zc (V/I)" pada semua posisi di garis, dan isyarat akan dihantar sepanjangnya sesuai dengan yang diperlukan. Bagaimanapun, jika ada penghentian penghentian pada mana-mana titik, penyebaran isyarat akan terpengaruh, dan refleksi isyarat akan berlaku, sama seperti cahaya akan refleksi apabila ia bertemu penghentian dalam medium di mana ia menyebar.

Berbagai jenis penghentian impedance dan sebab kemungkinan mereka:

Oleh kerana pengendalian garis penghantaran bergantung pada geometri konduktor dan ciri-ciri bahan PCB, setiap perubahan ciri-ciri ini akan menyebabkan pengendalian berubah. Beberapa contoh tersenarai di sini:

Pada sumber atau destinasi/akhir baris. Sumber impedance atau penerima impedance biasanya berbeza dari impedance garis.

Perubahan dalam lebar atau tinggi baris (iaitu tebal) bahan PCB antara garis isyarat dan laluan kembali atau perubahan dalam tinggi dan/atau konstan dielektrik.