PCB Блог - Исследование анализа и управления помехами при проектировании высокоскоростных PCB - панелей

Высокоскоростная и миниатюризация стала тенденцией в быстро развивающейся области проектирования PCB - панелей. Как сохранить и улучшить скорость и производительность системы при уменьшении размера электронной системы стало важной проблемой для дизайнеров. Технология EDA разработала полный набор инструментов и методов анализа конструкции для высокоскоростных PCB и систем на уровне панелей, которые охватывают все аспекты анализа проектирования высокоскоростных схем: статический анализ временных рядов, анализ целостности сигнала, проектирование EMI / EMC, анализ отскока заземления, анализ мощности и высокоскоростные маршрутизаторы. В то же время он также включает в себя проверку целостности сигнала и подпись, проектирование пространственного обнаружения, планирование межсоединений, интеграцию межсоединений, регулируемых электрическими правилами, а также представление технических методов, таких как системы, которые также позволяют эффективно и лучше решать проблемы целостности сигнала. Здесь мы рассмотрим методы анализа сигнальных помех и их управление в вопросах целостности сигнала.

1. Механизм генерации сигналов перекрестных помех

Последовательное возмущение относится к тому, что, когда сигнал загружается и передается по каналу передачи, он оказывает нежелательное влияние на соседние линии передачи из - за электромагнитной связи, и определенное напряжение связи и ток связи вводятся в нарушенный сигнал. Чрезмерное количество последовательных помех может привести к неправильному срабатыванию схемы, в результате чего система не работает должным образом. В схеме, показанной на рисунке 1, дверь между AB называется Aggressor Line, а дверь между CD называется Victim Line. Как только злоумышленник меняет состояние, мы можем наблюдать импульсные помехи жертвы. Передача сигнала по каналу передачи генерирует два разных типа шумовых сигналов на соседних линиях передачи: сигналы с конденсаторной связью и сигналы с индуктивной связью. Конденсаторная связь - это электромагнитные помехи, вызванные изменением напряжения (Vs) на источнике помех (Aggressor) на потревоженном объекте (Victim), что приводит к индукционному току (i) через взаимную емкость Cm, в то время как индуктивная связь вызвана источником помех. Магнитное поле, создаваемое изменением электрического тока (is), вызывает электромагнитные помехи, вызванные индукционным напряжением (v) на мешающем объекте через взаимную индукцию (lm).

2. Влияние электрического тока на перекрестные помехи

Последовательные помехи имеют направление, форма волны - функция направления тока. Рассмотрим симуляцию сигнала в обоих случаях. Первая ситуация заключается в том, что нити источника помех имеют одно и то же направление тока, что и сетки объекта помех, а вторая - в противоположном направлении тока сетки источника помех и сетки объекта помех (т.е. источник привода находится в точке B, а источник привода - в точке A. Точка является нагрузкой). Как AB, так и CD - сети добавляют 20 МГц сигнала. Из результатов моделирования видно, что при противоположном направлении тока пик дальнего последовательного возмущения (357,6 мм) больше, чем пик дальнего последовательного возмущения (260,5 мм), когда направление тока одинаково. В то же время, как видно из рисунка 4, при изменении тока источника помех изменяется полярность последовательного возмущения источника помех. Это показывает, что амплитуда и полярность последовательных помех связаны с током сигнала на соответствующем источнике помех. Дистанционные последовательные помехи в точке D обычно больше, чем удаленные фазовые помехи в точке C вблизи конечной точки. Таким образом, при подавлении последовательных помех, при проверке пикового напряжения последовательных помех в сети линий, удаленные последовательные помехи в точке D обычно рассматриваются в качестве ключевого фактора.

3. Частота источника сигнала и скорость опрокидывания края

Чем выше частота сигнала помех, тем больше амплитуда помех на объекте. Когда частота сигнала F1 в сети помех AB на рисунке 1 получает разные значения частоты, мы моделируем последовательные помехи на объекте, который подвергается помехам. Для волновых форм последовательного возмущения с разной частотой сигнала частота формы волны, показанная стрелками, обозначенными "1" и "2", составляет "500 МГц" и "100 МГц" соответственно. Результаты моделирования показывают, что напряжение последовательных помех на мешающем объекте пропорционально частоте сигнала источника помех. Когда частота источника помех превышает 100 МГц, необходимо принять необходимые меры для подавления последовательных помех. В то же время, как видно из рисунка 5, когда частота источника помех достигает 500 МГц, ясно, что последовательные помехи вблизи конечной точки C объекта помех больше, чем последовательные помехи в удаленной точке D, что указывает на то, что конденсаторная связь превзошла индуктивную связь и стала основным фактором помех. В этом случае необходимо не только иметь дело с удаленными последовательными помехами, но и быть осторожным с часто упускаемыми из виду близкими последовательными помехами. Кроме того, мы анализируем еще один фактор, который оказывает большое влияние на перекрестные помехи, а именно скорость опрокидывания края сигнала. Границы) оказывают большее влияние на последовательное возмущение, и чем быстрее изменяется край, тем больше последовательное возмущение. Поскольку устройства с большим коэффициентом опрокидывания края все шире используются в современных высокоскоростных цифровых схемах, даже если частота сигнала этих устройств невелика, их следует маршрутизировать с осторожностью, чтобы предотвратить чрезмерное количество последовательных помех.

Влияние расстояния P и параллельной длины L между двумя линиями на размер помех

При неизменном расстоянии и параллельной длине между двумя линиями обнаруживаются последовательные помехи объекту, подлежащему помехам (помеченные "1"); Во втором случае расстояние между двумя линиями увеличивается до 10 миль при неизменной параллельной длине двух линий. Затем обнаружение помех помех помех объекта "2"; В третьем случае, когда расстояние между двумя линиями остается неизменным, параллельная длина двух линий увеличивается до 2,6 - дюймового маркера « 3», а затем обнаруживается последовательное возмущение объекта. Результаты моделирования показывают, что при увеличении расстояния между двумя линиями (P от 5 до 10 миль) последовательное возмущение значительно уменьшается, а когда параллельная длина двух линий увеличивается (L от 1,3 до 2,6 дюйма), последовательное возмущение значительно увеличивается. Из этого видно, что величина напряжения последовательного возмущения обратно пропорциональна расстоянию между двумя линиями и прямо пропорциональна параллельной длине двух проводов, но это не полная множественная зависимость. Когда пространство для проводки невелико или плотность проводки велика, проводка в реальной высокоскоростной цепи, чтобы предотвратить чередование высокочастотных сигнальных линий с соседними сигнальными линиями, что может привести к неправильному срабатыванию уровня сетки, допускается ресурсом проводки. При определенных условиях расстояние между линиями (за исключением дифференциальных линий) должно открываться как можно ближе, а параллельная длина двух или более сигнальных линий должна быть уменьшена, Это не только экономит напряженные ресурсы проводки, но и эффективно подавляет последовательные помехи.

5. Влияние плоскости заземления на перекрестные помехи

Многоуровневые PCB - панели обычно включают в себя несколько сигнальных слоев и несколько силовых слоев и складывают несколько сигнальных и силовых слоев для формирования стандартных микроволновых и полосчатых линий передачи. Рядом с микрополосными линиями передачи и ленточными линиями обычно находится плоскость питания, а соответствующий слой сигнала и слоя питания заполнен диэлектриком. Толщина диэлектрического слоя является важным фактором, влияющим на характеристическое сопротивление линии передачи. Когда он становится толще, характеристическое сопротивление линии передачи увеличивается, а когда она тонет, характеристическое сопротивление линии передачи становится меньше. Толщина диэлектрического слоя между линией передачи и плоскостью заземления оказывает большое влияние на последовательные помехи. Для тех же проводных конструкций, когда толщина диэлектрического слоя удваивается, последовательное возмущение значительно увеличивается. В то же время, для диэлектрического слоя той же толщины, последовательные помехи полосчатой линии передачи меньше, чем у микрополосной линии передачи. Можно видеть, что влияние плоскости заземления на линии передачи различных структур также различно. Таким образом, в высокоскоростной проводке PCB использование полосовой линии передачи может обеспечить лучшее подавление последовательных помех, чем использование микрополосной передачи.

6. Контроль за сопутствующими помехами

Устранение помех невозможно, и мы можем контролировать их только в допустимых пределах. Поэтому при проектировании PCB мы можем предпринять следующие действия: 1) Увеличить расстояние между линиями, если позволяет пространство проводки; 2) Уменьшение расстояния между сигнальным слоем и заземлением при подсчете слоя при соблюдении требований к сопротивлению. 3) конструкция ключевых высокоскоростных сигналов как разностных пар, таких как высокоскоростные системные часы; 4) Если два сигнальных слоя расположены рядом, проводка проводится в ортогональном направлении, чтобы уменьшить количество слоев между слоями. сцепление 5) проектирование высокоскоростных линий сигнала в виде полос или встроенных микрополос; 6) При прохождении линии уменьшается длина параллельной линии, можно идти линией в режиме точечного движения; 7) Максимально возможное использование низкоскоростных устройств на PCB - панелях в соответствии с требованиями проектирования системы.