Дизайн PCB - Как решить проблему отражения SI на линии передачи PCB

1.Причины проблемы SI

Общей проблемой SI является отражение, и мы знаем, что линии передачи пластины PCB имеют характеристики « характеристического сопротивления», что происходит, когда « характеристическое сопротивление » различных частей взаимосвязанной связи не совпадает.

Проблема отражения SI в представлении формы сигнала: верхний / нижний поток / звонок и так далее.

На рисунке ниже показана типичная высокоскоростная связь между сигналами. Путь передачи сигнала включает: 1. Чип передатчика (инкапсуляция и отверстие PCB) 2. Подкарта 3 PCB проводка. Подкарта 4 для проводки PCB. Задняя панель 5 с проводом PCB. Эквивалорный разъем 6. Эквивалентная карта 7 PCB проводка. ёмкость связи переменного тока 8. Чип приемника (инкапсуляция и отверстие PCB)

Диаграмма 1. Типичный высокоскоростной канал связи.

Можно видеть, что высокоскоростные линии межсоединения сигналов для реальных электронных продуктов относительно сложны, дислокация сопротивления обычно происходит в точках соединения различных компонентов, что приводит к передаче сигнала.

Общие импедансные разрывы высокоскоростных межсоединений:

(1) инкапсуляция чипа: обычно ширина проводки PCB намного тоньше на базовой плате упаковки чипа, чем обычная пластина PCB, управление сопротивлением нелегко;

(2) отверстие PCB: отверстие PCB обычно является конденсаторным эффектом, характеристическое сопротивление низкое, конструкция PCB должна быть замечена и оптимизирована;

(3) Соединительные устройства: конструкция медных межсоединений в разъемах должна зависеть как от механической надежности, так и от электрических свойств, чтобы найти баланс между ними;

С другой стороны, проводка PCB, управление сопротивлением, как правило, проще, чем другие взаимосвязанные элементы, уделяя особое внимание стратифицированной конструкции, выбору листов, но обычно допуск управления сопротивлением на заводе по обработке пластин PCB составляет 10%, для достижения 5 - 8% управления допуском сопротивления часто требуется более высокая стоимость обработки.

Основная теория отражения линии передачи

Когда привод добавляет сигнал к линии передачи, амплитуда сигнала зависит от напряжения и сопротивления привода и сопротивления линии. Начальное напряжение на приводе контролируется путем разделения напряжения между его собственным сопротивлением и сопротивлением линии передачи.

На рисунке ниже показана начальная форма волны, используемая для длинных линий передачи. Начальное напряжение Vi передается на линию передачи, пока оно не достигнет конечной точки. Амплитуда Vi определяется разделительным напряжением сопротивления привода и сопротивлением линии передачи:

Диаграмма 2. Распространение сигналов по длинным линиям электропередач

Если конец линии передачи соединен концом сопротивления, и это сопротивление соответствует сопротивлению линии, сигнал с амплитудой Vi будет прикреплен к земле, а напряжение Vi останется в сети до переключения питания. В этом случае Vi является стабильным постоянным током. В противном случае, если сопротивление в конце линии передачи не является характерным сопротивлением линии, часть сигнала заканчивается на земле, а остальные сигналы отражаются на линии обратной передачи и возвращаются в источник. Объем отраженного сигнала определяется коэффициентом отражения, который определяется соотношением отраженного напряжения к входному напряжению в фиксированной точке. Эта точка определяется как разрыв сопротивления линии передачи. Сопротивление разрыву может быть частью линии передачи с различным характеристическим сопротивлением или концевым или входным сопротивлением буфера чипа.

Среди них Z0 является стандартным сопротивлением линии передачи, Zt - сопротивлением точки разрыва линии передачи.

Уравнение предполагает, что сигналы, передаваемые на линии передачи с характеристическим сопротивлением Z0, сталкиваются с разрывным сопротивлением Zt. Обратите внимание, что если Z0 = Zt, то коэффициент отражения равен 0, что означает отсутствие отражения. Случай, когда Z0 равен Zt, называется концом соответствия.

Как показано на рисунке ниже, когда входная форма волны заканчивается Zt, часть сигнала Vií отражается обратно в источник и добавляется к входной форме волны, а вся входная форма сигнала имеет амплитуду Vi + Vi. Отраженная часть может генерировать другой рефлекс от источника, и рефлекс и рефлекс продолжаются до тех пор, пока линия передачи не стабилизируется.

Диаграмма 3. Отражение сигнала при рассогласовании сопротивления

Когда линии передачи полностью совпадают, короткое замыкание и открытое замыкание, коэффициент отражения показан на рисунке ниже:

Диаграмма 4. (a) Коэффициент отражения замыкания зажима (b) короткого замыкания (c)

В практическом применении межсоединений нет идеальной линии передачи, невозможно точное соответствие, поэтому отражение сигнала неизбежно существует, ключ к конструкции PCB заключается в том, как соединить импедансную часть канала, чтобы минимизировать зазор, тем самым уменьшая амплитуду отраженного сигнала, избегая смертельного воздействия многократного отражения на качество сигнала.