Технология PCB - сигнал связи между слоями печатных плат

Пример ESD

сигнальный ток при конверсии слоя

Аннотация: Печатные платы, печатные платы, путь сигнала должен часто менять слой в стеке схемы. В некоторых случаях это может вызвать проблемы. В примере ESD описываются условия, при которых смена слоя может вызвать проблемы.

путь прохождения сигнала через отверстие

Обсуждение: Обычно траекторию маршрутизации в печатной плате необходимо изменить на траекторию разводки. Для четырехслойной печатной платы это обычно означает переход от верхней части платы к нижней, а два промежуточных слоя - это питание и земля. Четырехслойные платы особенно проблематичны, поскольку разделение между плоскостями питания и заземления обычно относительно велико по сравнению с шестью и более слоями - около 30-40 мил.

На верхнем и нижнем слоях сигнальный ток должен соответствовать зеркальному отображению в плоскости заземления или питания. Если менять слой с сигнальным током сверху вниз, могут возникнуть повреждения, влияющие на характеристики ESD.

Все сигналы образуют петлю - от источника к нагрузке и обратно к источнику. Обычно именно "обратная" часть пути приводит к неприятностям, как мы увидим в данном конкретном случае. Обратный ток сигнала в нижней части нижней поверхности следует за сигналом к верхней части нижней поверхности, но он должен пройти через импеданс между поверхностями, чтобы попасть в нижнюю часть верхней поверхности, а оттуда он может следовать за сигналом к верхней поверхности.

тестовая панель с одноярусным и двухслойным путями

один из способов рассмотрения сопротивлений Z состоит в том, чтобы рассматривать две плоскости как двухмерные линии передачи, удлиненные от сигнального канала. Шунтирующие конденсаторы образуют низкое сопротивление "короткого замыкания" (хотя короткое замыкание не очень хорошо при достаточно высокой частоте, так как его индуктивность становится важной), кромки платы обычно являются "разомкнутыми" без конца. Эти и другие характеристики могут вызывать отражение, что приводит к значительным изменениям сопротивления между плоскостями с частотой, а также к четырехслойным пластинам с плоским расстоянием около 30 мм,которые могут достигать нескольких ом при определенных частотах. Закон Мерфи показывает,что пиковое сопротивление будет находиться на третьей гармонике тактовых частот!

для оценки этого эффекта я построил тестовую панель, как показано на рисунке 2.длина каждой линии сигнала около 30 См. провод состоит из проводника двухжильной телефонной линии 100 ом.когда соединение с плоскостью земли образует 50 ом пути. эта плата представляет собой двухслойную бронзовую пластину, имитирующую весь модуль на четвертом этаже ПВБ.Две медные плоскости находятся примерно в 30 милях друг от друга, соединяются через левый разъем СМА и нагрузочный резистор правой стороны (четыре места).один путь расположен на одной стороне, а другой - через платы, растянутые на другой примерно на 10 См.

тестовая панель с одноярусным и двухслойным путями

Печатная плата подвергается контактному ESD-разряду напряжением 3 кВ от ESD-эмулятора до конца кабеля, который закрепляется на плоскости, показанной на рис. 2, вблизи середины правого края, заземляясь в центре левого края для отвода описанных зарядов с вышеописанных пластин.

ESD создаёт EMI для первого слоя пути

Например, видимый сигнал на SMA-разъеме ниже, сигнал идет от верхней части платы к торцу, а затем от верха к торцу, чтобы сменить слой. В этом случае пиковый сигнал на SMA-разъеме превышает пиковое значение в 2 вольта и колеблется на собственной частоте компонента. для большинства логических схем такой уровень определенно является проблемой. Повышенный шум в нижнем тракте обусловлен падением напряжения на импедансе Z платы, вызванным электростатическим разрядом при каждом переходе с одной стороны платы на другую. Это напряжение появляется в цепи сигнал/возврат и, следовательно, на разъеме SMA.

сигнал на стыке СМА

ESD создаёт EMI на двойном пути

в тех случаях, когда расстояние между платами составляет менее 30 мм, сопротивление между платами обычно ниже, а влияние, показанное на диаграмме 4, меньше, а проблемы еще меньше. воздействие на четырехслойную схемную панель также может быть сведено к минимуму, если ключевые сигналы будут переходить от верхней части платы к нижней.

Резюме: Переход между слоями печатной платы может нанести значительный ущерб сигнальному тракту. Чем больше расстояние между питанием и землей, тем сильнее воздействие. Пример реакции ШПК на слой 4 показывает возможную проблему.