Технология PCB - Путь возврата высокоскоростной схемы PCB

На схеме цифровой схемы PCB цифровой сигнал передается от одной логической двери к другой. Сигнал передается от выходного конца к приемному через провода. Кажется, он движется в одном направлении. Многие цифровые инженеры считают путь схемы несущественным. В конце концов, привод и приемник назначаются устройствами с режимом напряжения, так зачем же учитывать ток?

На самом деле, основная теория схем говорит нам, что сигнал распространяется через ток. В частности, это движение электронов. Одной из особенностей 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 на самом деле это процесс зарядки диэлектрического конденсатора, зажатого между линией передачи и слоем постоянного тока.

Влияние обратной сварки PCB

Цифровые схемы обычно полагаются на заземление и плоскость питания для завершения обратного потока. Пути возврата высокочастотных и низкочастотных сигналов различны. Для возвращения низкочастотного сигнала выберите путь с наименьшим сопротивлением, а для возвращения высокочастотного сигнала выберите путь с наименьшей индуктивностью.

Когда ток начинается с сигнального привода, протекает через сигнальную линию и вводится в приемный конец сигнала, всегда есть обратный ток в противоположном направлении: начиная с заземленного штыря нагрузки, пересекая медную плоскость и направляясь к источнику сигнала, ток, протекающий через сигнальную линию, 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 не реагируют на абсолютный входной сигнал, но реагируют на разницу между входным сигналом и эталонным выводом. Одноточечная оконечная схема реагирует на разницу между входным сигналом и его логической плоскостью отсчета заземления, поэтому помехи на опорной плоскости заземления и помехи на пути сигнала одинаково важны.

Высокоскоростная печатная плата

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 хорошо влиять на отскок шума от стыковки и скольжение плоскости питания.

При синхронном переключении многих цифровых сигналов на PCB - плате (например, шины данных CPU, адресные шины и т. Д.) это приводит к тому, что ток нестационарной нагрузки течет из источника питания в схему или из цепи в линию заземления. Из - за наличия линии электропитания и линии заземления сопротивление создает шум синхронного переключения (SSN), а на линии заземления также шум отскока от плоскости заземления (называемый отскоком заземления). Когда линии электропитания и заземления на печатных платах имеют большую площадь, они также излучают больше энергии. Поэтому мы проанализировали состояние переключателя цифрового чипа и приняли меры для управления режимом возврата, 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 подключена к положительному полюсу источника питания. C1 и C2 являются развязывающими конденсаторами IC1 и IC2, соответственно. Источники питания и заземления чипа, показанные на рисунке, представляют собой источник питания и землю на передающем и приемном 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, а затем выходит из S1 - клеммы и входит в IC2 через второй слой R1 - клейма. 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 сигналы PCB. Наземные эхо - сигналы, о которых мы часто говорим, часто встречаются в высокочастотных сигналах. Когда ток в сигнальной линии от S1 до R1 увеличивается, внешнее магнитное поле быстро меняется, что вызывает обратный ток в соседнем проводнике. Если плоскость третьего слоя является полной плоскостью, то синий пунктирный индикатор тока будет генерироваться на плоскости Земли. Если уровень TOP имеет полную плоскость питания, то синий пунктирный провод на уровне TOP также имеет обратный ток. В этот момент электрическое кольцо сигнального кольца является минимальным, излучает наименьшую энергию наружу и имеет наименьшую способность связывать внешние сигналы. (Высокочастотный кожный эффект также является наименьшим внешним излучением энергии, принцип тот же)

Из - за быстрого изменения уровня высокочастотного сигнала PCB и тока, но короткого цикла изменений, требуемая энергия не очень велика, поэтому чип питается развязывающим конденсатором, ближайшим к чипу. 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 несуществующим.

Таким образом, в построенной среде весь путь тока PCB состоит из: сигнальной линии от положительного полюса C1 - IC1 VCC - S1 - L2 - R1 - желтого пути от слоя GND - GND - IC2 - сквозного отверстия - отрицательного электрода конденсатора. Можно заметить, что коричневый эквивалентный ток присутствует в вертикальном направлении тока PCB и индуцирует магнитное поле в середине. В то же время это кольцо легко связывается с внешними помехами. Если сигнал является часовым сигналом, как показано на рисунке, существует параллельный набор 8 - битных линий данных, питаемых одним и тем же источником питания в одном и том же PCB, и ток возвращается на тот же путь.

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 абсолютному значению высокого и низкого уровня источника помех, а пропорциональна текущей скорости изменения источника помех.