Thông tin PCB - Công nghệ cáp cải thiện tính toàn vẹn của bảng mạch PCB nhúng

1 Giới thiệu Bảng mạch in là sự hỗ trợ cơ bản của các thành phần mạch trong các sản phẩm điện tử, chất lượng thiết kế của chúng thường ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và khả năng tương thích của các hệ thống nhúng. Trong quá khứ, trong một số bảng mạch tốc độ thấp, tần số xung nhịp thường chỉ khoảng 10 MHz. Thách thức chính đối với thiết kế bảng mạch hoặc gói là làm thế nào để dây tất cả các đường tín hiệu trên một bảng hai lớp và làm thế nào để lắp ráp mà không làm hỏng gói. Các tính chất điện của kết nối không quan trọng vì kết nối không ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Theo nghĩa này, các đường kết nối trong bảng mạch tốc độ thấp của tín hiệu không bị cản trở và trong suốt. Tuy nhiên, với sự phát triển của các hệ thống nhúng, các mạch được sử dụng về cơ bản là các mạch tần số cao. Do sự gia tăng tần số đồng hồ, dọc theo tín hiệu tăng cũng được rút ngắn, điện dung và điện trở cảm của mạch in đối với tín hiệu đi qua sẽ lớn hơn nhiều so với điện trở của mạch in, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính toàn vẹn của tín hiệu. Đối với các hệ thống nhúng, hiệu ứng toàn vẹn tín hiệu trở nên quan trọng khi tần số đồng hồ vượt quá 100 MHz hoặc tăng dọc theo ít hơn 1 ns. Bắt đầu với các đặc tính điện thực tế của đường tín hiệu trong mạch kỹ thuật số tốc độ cao, bài viết này xây dựng mô hình đặc tính điện, tìm ra những lý do chính ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của tín hiệu và cách khắc phục chúng và đưa ra các vấn đề cần chú ý trong hệ thống dây điện cũng như các phương pháp và thủ thuật để làm theo.

2. Tính toàn vẹn tín hiệu thường có thể được coi là tính toàn vẹn tín hiệu nên bao gồm các ý nghĩa sau: Biến dạng dạng sóng của tín hiệu nên được kiểm soát trong một phạm vi nhất định, biểu đồ thời gian của dòng tín hiệu có thể đáp ứng các yêu cầu logic, quá trình tạo và truyền tín hiệu ổn định trong trạng thái bùng nổ. Sự vi phạm tính toàn vẹn của tín hiệu xảy ra chủ yếu vì hai lý do. Thứ nhất, hình dạng sóng ban đầu bị phá hủy do nhiễu bên ngoài, đặc biệt là các kênh dẫn, bao gồm các hiệu ứng phản xạ do không phù hợp trở kháng của kênh truyền; Thứ hai, tín hiệu kỹ thuật số tự nhiên tạo ra hiệu ứng phân tán phổ làm thay đổi dạng sóng ban đầu. Khi tần số đồng hồ tương đối cao vào thời điểm đó, chẳng hạn như khi đồng hồ đạt 10 MHz trở lên hoặc thời gian biên của xung đạt 1 ns trở lên, chúng ta sẽ thấy rằng tín hiệu không dễ dàng đến được vị trí mong muốn. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu, bao gồm rung lắc, chậm trễ, hồi phục mặt đất, phản xạ, nhiễu xuyên âm, tiếng ồn chuyển mạch, không phù hợp với nguồn điện, suy giảm, kéo dài xung, lộn xộn thời gian, v.v. Tính toàn vẹn của tín hiệu luôn liên quan đến toàn bộ quá trình của tín hiệu, vì vậy đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu đòi hỏi môi trường vật lý trong đó toàn bộ hoạt động của tín hiệu được thực hiện. Để làm điều này, cần phải mô hình hóa hệ thống toàn vẹn tín hiệu. Mô hình hệ thống toàn vẹn tín hiệu bao gồm ba phần: nguồn tín hiệu hoàn chỉnh, kênh phối hợp vật lý của tín hiệu và nhận tín hiệu hoàn chỉnh. Nội dung chính của ba phần như sau: (1) Nguồn tín hiệu hoàn chỉnh: Đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu tạo ra. Chúng bao gồm đảm bảo nguồn điện, lọc tiếng ồn, tiềm năng nối đất, loại bỏ chế độ chung, đảm bảo trở kháng đầu ra, v.v. (2) Kênh phối hợp vật lý của tín hiệu: đảm bảo tín hiệu không thay đổi trong quá trình truyền. Chúng bao gồm: nhiễu xuyên âm, trễ, lõm kênh, phản xạ và cộng hưởng, băng thông, suy giảm, điều khiển trở kháng, kết nối mạch, v.v. (3) Nhận tín hiệu hoàn chỉnh: đảm bảo nhận hiệu quả cao và không bị biến dạng. Chúng bao gồm: kết hợp trở kháng đầu vào, xử lý mặt đất, đa trở kháng mạng, tụ điện tách rời, tụ điện lọc, phân phối tín hiệu mạng đầu vào và các vấn đề bảo vệ tín hiệu 2.1 Độ trễ: Độ trễ là khi tín hiệu được truyền với tốc độ giới hạn trên đường truyền của bo mạch PCB. Tín hiệu được gửi từ máy phát đến máy thu, và có một sự chậm trễ trong việc truyền tải giữa hai. Độ trễ tín hiệu có ảnh hưởng đến thời gian của hệ thống; Độ trễ truyền chủ yếu được xác định bởi chiều dài của dây và hằng số điện môi của môi trường xung quanh dây. Trong các hệ thống kỹ thuật số tốc độ cao, chiều dài của đường truyền tín hiệu là một yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến sự khác biệt pha xung của đồng hồ. Sự khác biệt pha của xung đồng hồ đề cập đến thời gian không đồng bộ khi hai tín hiệu đồng hồ được tạo ra đồng thời đến đầu nhận. Sự khác biệt pha xung đồng hồ làm giảm khả năng dự đoán sự xuất hiện của các cạnh tín hiệu và nếu sự khác biệt pha xung đồng hồ quá lớn, tín hiệu sai sẽ được tạo ra ở đầu nhận.2.2 Phản xạ: Phản xạ là tiếng vang của tín hiệu trên đường tín hiệu. Đường tín hiệu phải được sử dụng làm đường truyền khi thời gian trễ tín hiệu lớn hơn nhiều so với thời gian chuyển đổi tín hiệu. Khi trở kháng đặc trưng của đường truyền không khớp với trở kháng tải, một phần công suất tín hiệu (điện áp hoặc dòng điện) được truyền đến đường dây và đến tải, nhưng một phần bị phản xạ. Nếu trở kháng tải nhỏ hơn trở kháng ban đầu, phản xạ là âm; Nếu không, phản xạ là tích cực. Sự thay đổi về hình học của dấu vết, đầu dây không chính xác, truyền qua đầu nối và sự gián đoạn của mặt phẳng nguồn đều gây ra phản xạ này. Khớp nối điện dung cảm ứng dòng điện ghép nối, trong khi khớp nối điện cảm cảm ứng điện áp ghép nối. Tiếng ồn xuyên âm bắt nguồn từ khớp nối điện từ giữa các đường tín hiệu, giữa hệ thống tín hiệu và hệ thống phân phối điện, và giữa các lỗ thủng. Việc quấn chéo có thể gây ra đồng hồ giả, lỗi dữ liệu không liên tục, v.v., và ảnh hưởng đến chất lượng truyền của các tín hiệu lân cận. Trong thực tế, nhiễu xuyên âm không thể được loại bỏ hoàn toàn, nhưng có thể được kiểm soát trong phạm vi mà hệ thống có thể chịu đựng được. Các thông số của lớp PCB, khoảng cách giữa các đường tín hiệu, các đặc tính điện của đầu truyền động và đầu nhận, và phương pháp chấm dứt cơ sở tất cả đều có một số tác động đến nhiễu xuyên âm. Khi định tuyến PCB tốc độ cao, nếu không gian định tuyến nhỏ hoặc mật độ định tuyến cao, vấn đề nhiễu xuyên âm rất nghiêm trọng và nhiễu điện từ kết quả có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tín hiệu của mạch. Để giảm nhiễu xuyên âm, các hành động sau đây có thể được thực hiện trong quá trình cáp: kết thúc chính xác các đường tín hiệu nhạy cảm với nhiễu xuyên âm và giảm điện dung ghép nối bằng cách kết hợp trở kháng. Đối với dọc theo tăng, nó đề cập đến điện áp; Đối với đường đi xuống, nó đề cập đến điện áp. Xả là khi giá trị đáy hoặc đỉnh tiếp theo vượt quá điện áp đặt. Quá nhiều có thể khiến diode bảo vệ hoạt động, khiến nó thất bại sớm. Quá nhiều cú giật có thể dẫn đến đồng hồ giả hoặc lỗi dữ liệu (thao tác sai).2.5 Dao động và dao động xung quanh: Hiện tượng dao động là các cú giật và cú giật lặp đi lặp lại. Dao động của tín hiệu là dao động gây ra bởi cảm ứng