PCB科技 - 避免高速PCB傳輸線效應的方法

鑒於高速列車帶來的影響 PCB傳輸線 問題, 我們將從以下幾個方面討論控制這些影響的方法.

1嚴格控制關鍵網線長度

如果設計中存在高速過渡邊緣，則必須考慮傳輸線對PCB的影響問題。 現時常用的具有極高時鐘頻率的快速集成電路晶片存在此類問題。 解决這個問題有一些基本原則：如果使用CMOS或TTL電路進行設計，工作頻率低於10MHz，佈線長度不應大於7英寸。 50MHz時，接線長度不應大於1.5英寸。 如果工作頻率達到或超過75MHz，接線長度應為1英寸。 砷化鎵晶片的最大佈線長度應為0.3英寸。 如果超過該標準，則會出現輸電線路問題。

2合理規劃接線拓撲

Another way to solve the effect of 高速PCB transmission lines是選擇正確的接線路徑和端子拓撲. 佈線的拓撲結構是指網絡電纜的佈線順序和佈線結構. 使用高速邏輯設備時, 除非跟踪分支的長度保持較短, 邊緣快速變化的訊號將被訊號幹線軌跡上的分支軌跡扭曲. 在正常情况下, PCB佈線使用兩種基本拓撲, 即菊花鏈路由和星形分佈.

對於菊花鏈佈線，佈線從驅動端開始，依次到達每個接收端。 如果使用串聯電阻改變訊號特性，則串聯電阻的位置應靠近驅動端。 在控制佈線的高次諧波干擾方面，菊花鏈佈線的效果最好。 然而，這種佈線方法具有最低的分配率，並且不容易100%分配。 在實際設計中，我們使菊花鏈佈線中的支路長度盡可能短。 安全長度值應為：存根延遲<=Trt*0.1。

例如，高速TTL電路中的分支端長度應小於1.5英寸。 這種拓撲結構佔用更少的佈線空間，可以用單個電阻器端接。 然而，這種佈線結構使得不同訊號接收端的訊號接收非同步。

星形拓撲結構可以有效避免時鐘訊號的非同步問題，但在高密度PCB板上手動完成佈線非常困難。 使用自動路由器是完成星形佈線的最佳管道。 每個分支上都需要端接電阻器。 終端電阻器的電阻應與連接的特性阻抗匹配。 這可以手動計算，也可以通過CAD工具計算特性阻抗值和端子匹配電阻值。

在上述兩個示例中，使用了簡單的終端電阻器。 實際上，可以選擇更複雜的匹配終端。 第一種選擇是RC匹配終端。 RC匹配終端可以降低功耗，但只能在訊號相對穩定時使用。 這種方法最適合匹配時鐘線訊號。 缺點是RC匹配終端中的電容可能會影響訊號的形狀和傳播速度。

串聯電阻匹配端子不會產生額外的功耗，但會减慢訊號傳輸。 這種方法用於延時影響不大的匯流排驅動電路。 串聯電阻匹配端子的優點是可以减少車載設備的數量和佈線密度。

最後一種方法是分離匹配的終端。 這樣，匹配組件需要放置在接收端附近。 優點是它不會降低訊號，並且可以很好地避免雜訊。 通常用於TTL輸入信號（ACT、HCT、FAST）。

此外，還必須考慮終端匹配電阻器的封裝類型和安裝類型。 通常，SMD表面貼裝電阻器的電感低於通孔元件，囙此SMD封裝元件成為首選。 如果您選擇普通的串聯電阻器，也有兩種安裝選項：垂直和水准。

在垂直安裝模式下，電阻器的一個安裝引脚非常短，這可以减少電阻器和電路板之間的熱阻，從而使電阻器的熱量更容易散發到空氣中。 但較長的垂直安裝將新增電阻器的電感。 由於安裝較低，水准安裝具有較低的電感。 然而，過熱電阻將漂移。 在最壞的情况下，電阻將成為開路，導致PCB軌跡終端匹配故障，並成為潜在的故障因素。

3種抑制電磁干擾的方法

信號完整性問題的良好解決方案將提高PCB板的電磁相容性（EMC）。 其中一個非常重要的是確保PCB板具有良好的接地。 對於複雜的設計，將訊號層與地面層一起使用是非常有效的。 此外，最小化電路板最外層的訊號密度也是减少電磁輻射的好方法。 這種方法可以通過使用“表面積層”科技“構建”設計和製造PCB來實現。 通過添加薄絕緣層和微孔的組合來實現表面積層，微孔用於穿透公共工藝PCB上的這些層。 電阻和電容可以埋在表層下，組織面積的痕迹密度將幾乎新增一倍。 减小PCB的尺寸。 PCB面積的减少對軌跡的拓撲結構有著巨大的影響，這意味著電流回路减少，分支軌跡的長度减少，電磁輻射與電流回路的面積近似成比例； 同時，小尺寸特徵意味著可以使用高密度引線封裝器件，這反過來减少了導線的長度，從而减少了電流回路，改善了電磁相容性特性。

4其他可用科技

為了减少集成電路晶片電源上電壓的暫態超調，應在集成電路晶片上添加去耦電容。 這可以有效地消除電源上的毛刺影響，並减少電源回路對印製板的輻射。

當去耦電容器直接連接到集成電路的功率管脚而不是功率層時，平滑毛刺的效果最佳。 這就是為什麼一些設備插座具有去耦電容器，而一些設備要求去耦電容器和設備之間的距離足够小。

任何高速和大功率設備應盡可能放在一起，以减少電源電壓的瞬態過沖。

如果沒有功率層，長功率連接將在訊號和環路之間形成環路，成為輻射源和敏感電路。

在這種情況下 PCB軌跡 形成一個不通過同一網線或其他軌跡的環路稱為開環. 如果回路穿過同一網線的其他導線, 它構成了一個閉環. 在這兩種情况下, antenna effects (wire antennas and loop antennas) are formed. 天線在外部產生EMI輻射，本身也是一個敏感電路. 閉環是一個必須考慮的問題，因為它產生的輻射與閉環的面積近似成比例.