Технология PCB - Путь возврата PCB высокоскоростных схем см. в статье Как работает хост

В схеме цифровой схемы PCB распространение цифрового сигнала является основной концепцией обратного тока от одного логического затвора к другому. Сигнал передается с выходного конца на приемный через провод. Кажется, он движется в одном направлении. Поэтому многие цифровые инженеры считают, что петля не имеет значения, в конце концов, приводы и приемники назначаются устройствами с режимом напряжения, поэтому зачем думать о токе! На самом деле, основная теория схем говорит нам, что сигнал распространяется через ток. В частности, это движение электронов. Особенностью потока электронов является то, что электроны никогда нигде не останавливаются. Независимо от того, куда течет ток, они должны вернуться. Таким образом, ток всегда течет по контуру, и любой сигнал в цепи существует в виде замкнутого кольца. Для передачи высокочастотных сигналов это фактически процесс зарядки диэлектрического конденсатора, зажатого между линией передачи и слоем постоянного тока.

2 Влияние обратного тока Цифровые схемы обычно полагаются на заземление и плоскость питания для завершения обратного тока. Пути возврата высокочастотных и низкочастотных сигналов различны. Для возвращения низкочастотного сигнала выберите путь с наименьшим сопротивлением; для возвращения высокочастотного сигнала выберите путь с наименьшей индуктивностью. Когда ток начинается с сигнального привода, протекает через сигнальную линию и впрыскивается в приемный конец сигнала, всегда есть обратный поток в противоположном направлении: начиная с заземленного штока нагрузки, проходит через медную плоскость, идет к источнику сигнала, а затем течет. ток на сигнальной линии образует замкнутое кольцо. Частота шума, вызываемого током, протекающим через покрытую медью плоскость, равна частоте сигнала. Чем выше частота сигнала, тем выше частота шума. Логические ворота реагируют не на абсолютный входной сигнал, а на разницу между входным сигналом и эталонным выводом. Одноточечная оконечная схема реагирует на разницу между входным сигналом и его логической опорной плоскостью, поэтому помехи на земной опорной плоскости так же важны, как и помехи на пути сигнала. Логические ворота реагируют на входные и указанные эталонные штыри, и мы не знаем, какой из них является указанным эталонным штырем (для TTL, как правило, отрицательный источник питания, для ECL, как правило, положительный источник питания, но не все). Что касается этой функции, помехоустойчивость дифференциального сигнала может оказать хорошее влияние на шум прыжка с земли и скольжение плоскости мощности.

При синхронном переключении многих цифровых сигналов на панели PCB (например, шины данных CPU, адресные шины и т. Д.) из - за наличия линии электропитания и наземной линии это может привести к тому, что ток нестационарной нагрузки будет течь из источника питания в цепь или из цепи в наземную линию. Сопротивление создает шум синхронного переключателя (SSN), а на наземной линии также появляется шум отскока от плоскости заземления (именуемый отскоком от заземления). Когда линии электропитания и наземные линии на печатных пластинах имеют большую площадь, они также излучают больше энергии. Поэтому мы проанализировали состояние переключателя цифрового чипа и приняли меры, чтобы контролировать способ возвращения, чтобы уменьшить площадь вокруг. Площадь, цель - минимальное излучение.

IC1 - выходной конец сигнала, IC2 - входной конец сигнала (для упрощения модели PCB предполагается, что приемный конец содержит резистор вниз по течению), а третий слой - заземление. Заземление IC1 и IC2 происходит из третьей плоскости заземления. В правом верхнем углу слоя TOP находится плоскость питания, которая соединяется с положительным полюсом питания. C1 и C2 являются развязывающими конденсаторами IC1 и IC2, соответственно. Источники питания и заземления чипа, показанные на рисунке, являются источниками питания и землей на передающем и принимающем концах сигнала.

При низких частотах, если S1 - клемма выводит высокий уровень, весь электрический контур состоит в том, что питание подключается к плоскости питания VCC по проводу, затем входит в IC1 по оранжевому пути, затем выходит из S1 - клеммы и входит в IC2 через R1 - клемму через второй слой провода. Затем он переходит в слой GND и возвращается к отрицательному полюсу источника питания по красному пути. При высоких частотах характеристики распределения PCB оказывают большое влияние на сигнал. Наземные эхо - сигналы, о которых мы часто говорим, часто встречаются в высокочастотных сигналах. Когда ток в сигнальной линии увеличивается с S1 до R1, внешнее магнитное поле быстро меняется, что вызывает обратный ток в соседнем проводнике. Если плоскость третьего слоя является полной плоскостью, то ток, указанный синей пунктирной линией, будет генерироваться на плоскости. Если TOP - слой имеет полную плоскость питания, он также имеет обратный поток вдоль синей пунктирной линии на TOP - слое. В этот момент электрическое кольцо сигнального кольца является минимальным, излучает наименьшую энергию наружу и имеет наименьшую способность связывать внешние сигналы. (Кожа - эффект при высоких частотах также является наименьшим внешним излучением энергии, принцип тот же.) Поскольку уровень высокочастотного сигнала и ток быстро меняются, но цикл изменений короткий, требуемая энергия не очень велика, поэтому чип питается ближайшим к чипу развязывающим конденсатором. Когда C1 достаточно большой и реагирует достаточно быстро (его значение ESR очень низкое, обычно используется керамический конденсатор. Керамический конденсатор имеет гораздо более низкий ESR, чем танталовый конденсатор.), оранжевый путь верхнего слоя и красный путь слоя GND можно считать несуществующими (с током, соответствующим питанию всей пластины, но без тока, соответствующего сигналу, показанному на рисунке).

Таким образом, в зависимости от строительной среды, весь путь тока: сигнальная линия VCC - S1 от положительного полюса C1 - IC1 - желтый путь от слоя GND - GND L2 - R1 - IC2 - перфорация - отрицательный электрод конденсатора. Можно заметить, что в вертикальном направлении тока находится коричневый эквивалент тока, в середине которого ощущается магнитное поле. В то же время это кольцо может быть легко связано с внешними помехами. Если сигнал на рисунке является сигналом часов, то существует набор 8 - разрядных линий данных, которые подключены к одному и тому же источнику питания на одном и том же чипе, и ток возвращается к тому же пути. Если уровень линии данных одновременно поворачивается в одном направлении, часы будут ощущать большой обратный ток. Если линии часов не совпадают должным образом, этого помеха достаточно, чтобы оказать фатальное влияние на сигнал часов. Интенсивность таких помех не пропорциональна абсолютным значениям высокого и низкого уровней источника помех, а скорее пропорциональна текущей скорости изменения источника помех. Для чисто резистивных нагрузок ток последовательного возмущения пропорционален dI / dt = dV / (T? 10% - 90% * R). В формуле dI / dt (скорость изменения тока), dV (колебание источника помех) и R (нагрузка источника помех) относятся к параметрам источника помех (если это конденсаторная нагрузка, то dI / dt такой же, как T? 10.% - 90% квадрата обратно пропорционально.). Из формулы видно, что низкочастотные сигналы могут иметь меньше последовательных помех, чем высокоскоростные сигналы. То есть, сигнал 1KHz не обязательно является низкоскоростным сигналом, и необходимо учитывать ситуацию на краю. Для сигналов с крутыми краями он содержит большое количество гармонических компонентов и имеет большое значение в каждой точке умножения частоты. Поэтому при выборе оборудования также следует обратить внимание. Не выбирайте быстрый чип. Это не только высокая стоимость, но и увеличение проблем с последовательными помехами и EMC.

Любая близлежащая плоскость мощности или другая плоскость может использоваться в качестве плоскости возврата сигнала при условии, что на обоих концах сигнала есть подходящий конденсатор, обеспечивающий путь низкого сопротивления к GND. В нормальных приложениях соответствующий чип IO - источник питания обычно одинаков для приема и передачи, и между каждым источником питания и землей обычно есть развязывающие конденсаторы 0,01 - 0,1uF, и эти конденсаторы также находятся на обоих концах сигнала, поэтому эффект обратного тока в плоскости питания уступает только плоскости Земли. Однако, если другие плоскости мощности используются для обратного тока, на обоих концах сигнала обычно нет пути низкого сопротивления к земле. Таким образом, ток, индуцированный в соседней плоскости, найдет ближайшую емкость и вернется на землю. Если « ближайший конденсатор» находится далеко от начала или конца, эхо - сигналу придется пройти долгие расстояния, чтобы сформировать полный путь эха, который также является путем эха соседнего сигнала и тем же эхо - потоком. Последствия помех на дороге и общей земле одинаковы, что эквивалентно последовательным помехам между сигналами.

Для некоторых неизбежных перекрестных разделений питания высокочастотные фильтры, образованные конденсаторами или последовательными соединениями RC (например, конденсаторами 680p с 10 Ом - резисторами), могут пересекать это разделение (например, конденсаторами 680p с 10 Ом - резисторами). Значение зависит от типа сигнала. Для обеспечения высокочастотного пути возврата и для изоляции низкочастотных помех между плоскостями друг друга). Это может включать в себя проблему добавления конденсаторов между плоскостями питания, что выглядит немного забавно, но это определенно работает. Если некоторые спецификации не позволяют, конденсатор можно направить на две плоскости раздела.

В случае заимствования других плоскостей для обратного потока лучше всего добавить несколько небольших конденсаторов на обоих концах сигнала, чтобы обеспечить обратный путь. Однако такой подход часто бывает трудно реализовать. Потому что большая часть поверхностного пространства вблизи зажима занята соответствующими резисторами и развязывающими конденсаторами чипа PCB.