PCB科技 - 高速PCB中的訊號回流和交叉分割

什麼是訊號回流和交叉分割 高速PCB?

IC1是訊號輸出端子，IC2是訊號輸入端子（為了簡化PCB模型w ww.pcblx.com，假設接收端子包含連接在下麵的電阻器），第3層是接地層。 IC1和IC2的接地均來自第3個接地層。 頂層的右上角是一個電源平面，它連接到電源的正極。 C1和C2分別是IC1和IC2的去耦電容器。 圖中所示晶片的電源和接地引脚是訊號發送端和接收端的電源和接地。

在低頻率下，如果S1端子輸出高電平，則整個電流回路是電源通過導線連接到VCC電源平面，然後通過橙色路徑進入IC1，然後從S1端子出來，然後通過R1端子沿著第二層導線進入IC2。 然後進入GND層，通過紅色路徑返回電源負極。

但頻率很高, 的分佈特徵 PCB板 將對訊號產生很大影響. 我們經常討論的地回波是高頻訊號中經常遇到的問題. 當訊號線中從S1到R1的電流新增時, 外部磁場變化很快, 這將在附近的導體中產生反向電流. 如果第3層的地平面是完整地平面, 接地平面上將有一個藍點電流； 如果頂層有完整的電源平面, 頂層也會有一條藍線. 點狀回流. 此時, 訊號回路具有最小的電流回路, 輻射到外面的能量最小, 同時，耦合外部訊號的能力也是最小的. (The skin effect at high frequency is also the smallest outward radiation energy, 原理是一樣的.) Because the high frequency signal level and current change very quickly, 但變化期很短, 所需能量不是很大, 囙此，晶片是最靠近晶片供電的去耦電容器. When C1 is large enough and the response is fast enough (it has a very low ESR value, 通常使用陶瓷電容器. 陶瓷電容器的ESR遠低於鉭電容器.), the orange path on the top layer and the red path on the GND layer can be It is regarded as non-existent (there is a current corresponding to the power supply of the entire board, but not the current corresponding to the signal shown in the figure).

囙此，根據圖中構建的環境， 電流的整個路徑是：從C1的正極—“IC1的VCC—”S1—“L2訊號線—”R1—“IC2的GND—”via—“GND層黃色路徑—”via- “電容器負極。可以看到，在電流的垂直方向上有一個棕色等效電流，並且會在中間感應一個磁場。同時，這個圓環可以很容易地耦合到外部干擾。如果圖中的訊號是時鐘訊號，則有一組8位數據線並聯，由同一晶片的同一電源供電，並且 當前返回路徑相同。 如果數據線電平同時沿同一方向翻轉，則會在時鐘上感應到較大的反向電流。 如果時鐘線不匹配，這種串擾足以對時鐘訊號產生致命影響。 這種串擾的强度與干擾源高電平和低電平的絕對值不成正比，而與干擾源的電流變化率成正比。 對於純電阻負載，串擾電流與dI/dt=dV/（T10%-90%*R）成正比。 在公式中，dI/dt（電流變化率）、dV（干擾源擺動幅度）和R（干擾源負載）都是指干擾源的參數（如果是電容性負載，dI/dt與T10%相同，90%的平方成反比）。 從公式中可以看出，低速訊號的串擾不一定小於高速訊號的串擾。 這就是我們所說的：1kHZ訊號不一定是低速訊號，我們必須綜合考慮邊緣的情况。 對於具有陡峭邊緣的訊號，它包含許多諧波成分，並且在每個倍頻點具有較大的幅度。 囙此，在選擇設備時也應注意。 不要盲目選擇開關速度快的晶片。 不僅成本高，而且還會新增串擾和EMC問題。

任何相鄰的功率平面或其他平面，只要在訊號的兩端有合適的電容器提供到GND的低無功路徑，則該平面可以用作該訊號的返回平面。 在正常應用中，相應的晶片IO電源通常用於接收和發送，每個電源和接地之間通常有0.01-0.1uF去耦電容器，這些電容器也位於訊號的兩端，囙此電源面的回流效應僅次於接地層。 然而，如果其他功率平面用於回流，則訊號兩端通常沒有低電抗接地路徑。 這樣，在相鄰平面中感應的電流將找到最近的電容，並返回地面。 如果“最近的電容器”遠離起點或終點，則回路必須經過長距離才能形成完整的回路路徑，該路徑也是相鄰訊號的回路路徑，並且該相同回路流道路和公共接地干擾的效果相同，相當於訊號之間的串擾。

對於一些不可避免的交叉供應分裂情况, you can connect a capacitor or a high-pass filter (such as a 10 ohm resistor string 680p capacitor) formed by a capacitor or RC series across the split. 具體值取決於您自己的訊號類型, 即提供 高頻PCB 返回路徑, but also to isolate the low-frequency crosstalk between the mutual planes). 這可能涉及在功率平面之間添加電容器的問題, 這看起來有點滑稽, 但它確實有效. 如果某些規格不允許, 分區的兩個平面可以分別引至地面.

在借用其他平面進行回流的情况下，最好在訊號兩端的地上添加幾個小電容器，以提供回流路徑。 但這種方法往往難以實現。 因為靠近端子的大部分表面空間被晶片的匹配電阻器和去耦電容所佔據。