Технология PCB - Что такое высокая скорость PCB

1. Challenges faced by electronic system design

With the large-scale improvement of system design complexity and integration, разработка электронных систем печатная плата design of more than 100MHZ, рабочая частота шины достигает или превышает 50 МГц, Некоторые даже превысили 100 МГц. About 50% of current designs have clock frequencies greater than 50MHz, почти 20% тактовых частот больше 120мгц.

When the system works at 50MHz, возникнут проблемы с эффектом линии передачи и полнотой сигнала. когда системные часы достигают 120 МГц, PCB designs based on traditional methods will not work unless high-speed circuit design knowledge is used. поэтому, high speed circuit design technology has become the electronic system designers must take the design means. только техника проектирования, используемая проектировщиком высокоскоростных схем, может управлять процессом проектирования.

2. What is high-speed circuit

Считается, что, если частота цифровых логических схем достигает или превышает 45 МГц - 50 МГц и если на те или иные схемы, работающие на этой частоте, приходится определенное количество электронных систем в целом (например, 1 / 3), то они называются высокоскоростными.

На самом деле, частота гармоник на краю сигнала выше частоты самой гармоники сигнала. именно подъем и снижение сигнала вдоль (или прыжок) привели к неожиданным результатам передачи сигнала. в связи с этим широко распространено мнение о том, что если задержка распространения линии превышает время подъёма привода цифровой сигнализации, то сигнал считается высокоскоростным сигналом и создает эффект линии передачи.

Передача сигнала происходит в момент изменения состояния сигнала, например, время подъема или падения. сигнал от пилота к приемнику через определенное время. если время передачи меньше одной второй части времени подъема или падения, то отражательный сигнал от приемника достигнет пилота до изменения состояния сигнала. Вместо этого, отражательный сигнал прибывает к пилоту после изменения состояния сигнала. Если отраженный сигнал очень сильный, наложенная форма может изменить логическое состояние.

определение высокоскоростных сигналов

выше мы определили предварительные условия возникновения эффекта линии передачи, но как узнать, что задержка линии на 1 / 2 больше, чем время нарастания сигнала привода? как правило, типичное значение времени нарастания сигнала может быть указано в Руководстве по устройству, а время распространения сигнала при проектировании PCB зависит от длины фактической проводки. на следующей диаграмме показана корреляция между временем нарастания сигнала и допустимой длиной провода (задержкой).

задержка на один дюйм на единицу PCB составляет 167нс. Однако задержки могут возрасти, если на кабельном проводе имеется много отверстий, опор и ограничений. обычно, время нарастания сигнала в быстроходных логических устройствах составляет около 0,2 НС. если на платы есть чипы из арсенида галлия, то длина большой проводки составляет 7,62 мм.

Укажите время нарастания сигнала и установите его как задержку распространения сигнала. если это 4Tpd, то сигнал падает внутри зоны безопасности. если 2Tpd – Tr - 4Tpd, то сигнал падает в неустановленную область. Если Tr - 2Tpd, то сигнал падает в проблемную область. для сигналов, падающих в неуверенную и проблемную область, следует использовать высокоскоростную проводку.

Что такое линия передачи

проводка на панелях PCB может быть равносильна емкости последовательного и параллельного соединения, resistance and inductance structure shown below. Типовое значение последовательных сопротивлений 0.25-0.55 ом/foot. из - за изоляционного слоя сопротивление параллельного соединения обычно очень высокое. After the parasitic resistance, емкость, и индуктивность добавлена к реальной линии PCB, конечный импеданс на линии называется характеристическим сопротивлением Цзо. The wider the wire diameter, чем ближе она к власти/ground, или чем выше диэлектрическая проницаемость изоляционного слоя, Чем меньше характеристическое сопротивление. If the impedance of the transmission line and the receiving end do not match, Окончательный режим стабилизации выходных токов и сигналов будет отличаться, which causes the signal to be reflected at the receiving end, Он будет отправлен ретранслятором, и он снова будет отражен. с уменьшением энергии, амплитуда отраженных сигналов будет снижаться до тех пор, пока напряжение и ток сигнала не стабилизируются. этот эффект называется колебанием, and oscillations of the signal are often seen at the rising and falling edges of the signal.

эффект линии передачи

модель линии передачи, it can be concluded that the transmission line will have the following effects on the overall circuit design.

• отраженный сигнал

· Delay & Timing errors

• ошибка переключения при переходе на другой уровень

· Overshoot and Undershoot

• индуктивные шумы (или помехи)

• EMI радиация

отраженный сигнал

Если линия не правильно соединяется с концом (совпадение зажимов), то импульсы сигнала от привода отражаются на приемнике, что приводит к неожиданным последствиям искажения формы сигнала. когда искажение очень серьезное, оно приводит к ошибкам, которые приводят к ошибкам в проектировании. В то же время повышенная чувствительность искажения сигналов к шуму может привести к сбоям в проектировании. если эта ситуация не будет должным образом рассмотрена, то EMI значительно увеличится, что не только скажется на результатах проектирования, но и приведет к сбоям в работе всей системы.

основными причинами отраженных сигналов являются следующие: конец линии передачи не совпадает, емкость или индуктивность слишком велики, сопротивление не совпадает.

5.2 задержка и ошибка времени

Signal delay and timing errors are: the signal remains unchanged for a period of time when the signal changes between the high and low thresholds of the logic level. избыточная задержка сигнала может привести к ошибкам в таймере и неисправности оборудования.

при наличии нескольких приемников обычно возникают проблемы. Конструкторы схем должны определить время задержки в плохом состоянии, чтобы обеспечить правильное проектирование. причина задержки сигнала: перегрузка привода, перебой кабеля.

Ошибка при переходе на пороговый уровень

The signal may cross the logical level threshold several times during hopping, ошибка, приводящая к такому типу. Multiple crossing the logic level threshold error is a special form of signal oscillation, То есть, signal oscillation occurs near the logic level threshold, многократное превышение порога логического уровня приведет к нарушению логической функции. Reflected signals are caused by: too long wiring, тупиковая линия электропередачи, excess capacitance or inductance, полное рассогласование.

5.4 ультрагармоническое понижение

Overshoot and downshoot come from two reasons: too long line or signal change too fast. Хотя большинство приемников элементов защищены входной диодом, Иногда эти модулированные уровни могут превысить диапазон напряжения в элементе, damaging the element.

5.5 соучастие

последовательное возмущение - это когда сигнал проходит через сигнальную линию, relevant signals will be induced on the adjacent signal lines on the PCB board, Это называется звук.

чем ближе сигнальный кабель к заземленному кабелю, тем больше расстояние между линиями, тем меньше помех сигнала. асинхронные и тактовые сигналы легче генерировать последовательные помехи. Таким образом, способ устранения помех состоит в том, чтобы устранить сигналы, вызывающие последовательное возмущение, или сигналы, создающие серьезные помехи для защиты.

5.6 электромагнитное излучение

электромагнитные помехи (EMI), приводящие к чрезмерной электромагнитной радиации и чувствительности к электромагнитному излучению. EMI указывает на то, что при подключении к цифровым системам электромагнитные волны излучают в окружающую среду, что препятствует нормальной работе электронного оборудования в окружающей среде. главная причина заключается в том, что частота работы схемы слишком высока, а расположение проводов нерационально. В настоящее время существует эмулятор EMI, но эмулятор EMI дорогостоящий, трудно установить искусственные параметры и границы, что непосредственно влияет на точность и практичность результатов имитации. обычная практика заключается в том, что правила проектирования EMI будут применяться ко всем звеньям проектирования, с тем чтобы добиться разработки правил в каждом звене управления и управления.