Công nghệ PCB - Sự phân tích tín hiệu nguyên vẹn trong thiết kế mạch tốc độ cao

Khi hệ thống đồng hồ tần số và tăng thời gian, Tín hiệu vẹn thiết kế càng ngày càng quan trọng. Tiếc, phần lớn số thiết kế mạch không nhận ra tầm quan trọng của vấn đề Commentảo mật tín hiệu, hay không nhận ra nó cho đến cuối cùng của... thiết kế.

This article giới thiệu ảnh hưởng của tín hiệu toàn vẹn trong thiết kế các mạch máy kỹ thuật số cao tốc. Tính năng này bao gồm những vấn đề như kiểm soát Trở đẻ đặc trưng, khớp nối thiết bị cuối, máy bay năng lượng và mặt đất, lộ trình tín hiệu, và trò chuyện chéo. Chế độ quản lý kiến thức này cho phép một thiết kế mạch điện số chú ý các vấn đề về tính to àn vẹn tín hiệu tiềm năng trong các giai đoạn đầu của thiết kế mạch, và cũng có thể giúp thiết kế để tránh tác động của tính toàn vẹn tín hiệu lên khả năng thiết kế.

Tuy rằng tín hiệu chỉ toàn vẹn là một trong những điều cần thiết. thiết kế kinh nghiệm cho kỹ sư phần cứng, nó đã bị bỏ qua từ lâu trong thuật số thiết kế mạch. Trong thời đại của luận lý tốc độ thấp thiết kế mạch, vì các vấn đề liên quan đến tín hiệu, Sự cân nhắc về độ nguyên vẹn của tín hiệu được coi là phung phí năng lực.. Tuy, bởi vì tốc độ đồng hồ và thời gian tăng lên trong những năm gần đây, nhu cầu và thiết kế cũng đã tăng khả năng phân tích tín hiệu. Tiếc, nhiều thiết kếVi đã không để ý, và vẫn hiếm khi xem xét vấn đề về tín hiệu nguyên vẹn trong thiết kế.

Vòng điện tử hiện đại có thể với tần số đến GHz và có thời gian tăng lên trong một 50ps. Với tốc độ này, Sự sơ suất của... Thiết kế PCB vết vết tích chỉ là một chân, và kết quả điện áp, chậm trễ và vấn đề giao diện sẽ không chỉ bị giới hạn vào đường này, nhưng sẽ ảnh hưởng tới toàn bộ ván trượt và khu phòng tuyến..

Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng trong mạch điện lai. Ví dụ, hãy nhớ rằng có một ADC siêu năng cao trong một hệ thống để nhận tín hiệu tương tự bằng số. Sự phát tán năng lượng trên cổng sản xuất số của thiết bị ADC có thể dễ dàng tới 130dB (10, 000, 000, 000, 000 lần) hơn cổng nhập tương tự. Mọi tiếng ồn trên cổng số ADC. Sự phục hồi tín hiệu không phải là một quá trình bí ẩn. Điều quan trọng là phải nhận ra các vấn đề tiềm năng trong những giai đoạn đầu của kế hoạch, và thực sự tránh được những rắc rối do nó gây ra trong những giai đoạn sau. Bài báo này bàn về một số vấn đề về tín hiệu chính và cách giải quyết chúng.

Hiển thị toàn vẹn tín hiệu:

1. Cách ly

Thành phần trên Bảng PCB có độ cao khác nhau và khác nhau tiếng ồn. Cách trực tiếp nhất để cải thiện SI là đạt được sự cách ly vật lý của các thành phần trên PCB dựa trên giá trị giới hạn và độ nhạy của thiết bị. Hình tượng bên dưới là một ví dụ. Trong ví dụ, nguồn điện, digital I/O các cảng, và logic cao tốc, những mạch có rủi ro cao cho mạch đồng hồ và mạch chuyển dữ liệu, sẽ được xem xét đặc biệt. Vào là first bố trí, đặt đồng hồ và máy chuyển dữ liệu ngay cạnh thiết bị nhiễu.. Tiếng động sẽ nối liền với mạch nhạy cảm và giảm hiệu suất. Sự cô lập hệ thống có hiệu quả trong sơ đồ thứ hai sẽ có lợi cho tín hiệu toàn vẹn của hệ thống. thiết kế.

2. Sự ép buộc, phản chiếu, khớp thiết bị cuối

Trình điều khiển và kết hợp thiết bị cuối là vấn đề cơ bản trong thiết kế mạch tốc độ cao. Thông thường, hệ thống tần số radio được xem là phần quan trọng nhất trong mỗi thiết kế mạch, nhưng một số thiết kế mạch điện tử với tần số cao hơn cản trở tần số không hoạt động và khớp thiết bị cuối.

Có nhiều ảnh hưởng chết người trên các mạch điện số do sự phù hợp gây khó khăn, xem hình mẫu bên dưới:

a. Tín hiệu điện tử sẽ tạo phản xạ giữa kết nhập của thiết bị nhận và kết xuất của thiết bị truyền tín hiệu. Tín hiệu phản chiếu được dội ngược lại và rải lào cả hai đầu đường cho đến khi nó hoàn toàn hấp thụ ở cuối đường.

B. Tín hiệu phản chiếu gây ra hiệu ứng rung của tín hiệu đi qua đường truyền, và chuông sẽ ảnh hưởng tới sự trì hoãn điện tín và tín hiệu và sự hư hỏng hoàn toàn của tín hiệu.

C. Đường dẫn tín hiệu lỗi c ó thể gây ra phóng xạ tín hiệu vào môi trường.

Vấn đề gây ra bởi sự phù hợp xấu có thể được thu nhỏ bằng việc hủy diệt các cự phụ. Phần cấu trúc kết thúc thường là một hoặc hai thành phần riêng được đặt trên đường dây tín hiệu gần nguồn nhận. Cách đơn giản là kết nối một đối tượng nhỏ lào hàng loạt.

Phần năng lượng bên dưới sẽ hạn chế tín hiệu tăng thời gian và hấp thụ một phần năng lượng phản xạ. Cũng đáng chú ý rằng việc dùng phương pháp sửa trở không thể hoàn toàn tiêu diệt các yếu tố hủy diệt. Tuy nhiên, bằng cách lựa chọn cẩn thận thiết bị thích hợp, Trở ngại thiết bị cuối có thể kiểm soát được tính toàn vẹn của tín hiệu.

Không phải tất cả các đường tín hiệu đều cần kiểm soát cản trở, như tính năng cản trở đặc trưng và cản trở của thiết bị PCI gọn.

Đối với những tiêu chuẩn khác và nhà thiết kế mà không cần những tiêu chuẩn kiểm soát cản trở, họ không hề liên quan. Tiêu chuẩn cuối cùng có thể thay đổi từ ứng dụng này sang ứng dụng khác. Phải cân nhắc độ dài của đường tín hiệu (tương quan và chậm trễ Td) và thời gian phát tín hiệu tăng (Tr). Nguyên tắc cơ bản của việc kiểm soát trở ngại là Td (chậm trễ) phải lớn hơn 1/6 Tr.

Ba. Lớp điện trong và phân loại lớp điện trong

Những yếu tố sẽ bị các thiết kế mạch điện tử lơ là trong thiết kế dây hiện thời bao gồm cả việc phát tín hiệu đơn thúc giữa hai mạch cổng (như được hiển thị trong hình ảnh bên dưới). Vòng thời gian hiện tại từ cổng A tới cổng B, rồi trở về cổng A từ máy bay mặt đất.

Trong bức tranh này sẽ có hai vấn đề tiềm năng:

a. Máy bay mặt đất giữa các điểm A và B cần được kết nối qua một đường cong thấp. Nếu một trở ngại lớn được kết nối giữa các máy bay mặt đất, sẽ có xung điện quay trở lại giữa các chốt máy bay mặt đất. Điều này chắc chắn sẽ dẫn đến sự bóp méo độ lớn tín hiệu của mọi thiết bị và sự chồng chéo của nhiễu nhập.

B. Khu vực của vòng quay hiện thời phải nhỏ nhất có thể. Vòng thời gian giống như một ăng-ten. Nói chung, một vùng dây rộng lớn sẽ tăng khả năng phóng xạ và dẫn truyền qua mạch. Mỗi thiết kế mạch hy vọng rằng dòng điện trở lại có thể ở ngay trên đường tín hiệu, để vùng vòng nhỏ nhất.

Sử dụng đất đai rộng có thể giải quyết hai vấn đề trên cùng một lúc. Nền đất rộng có thể tạo một trở ngại nhỏ giữa các điểm đất, trong khi dòng chảy trở về càng trực tiếp càng tốt dọc đường tín hiệu.

Một sai lầm chung giữa PCB thiết kếCác máy bay hoạt động trên mặt đất. Hình bên dưới hiển thị hướng dòng chảy khi dòng tín hiệu nằm trên lớp địa điện bị tải.. Vòng lưu động sẽ buộc phải vượt qua khe hở., mà chắc chắn sẽ tạo ra một vòng tròn tròn lớn.

Nói chung, không thể lẻn vào máy bay điện ngầm. Tuy nhiên, trong một số trường hợp làm việc bừa bãi là không thể tránh khỏi, nhà thiết kế PCB phải đảm bảo rằng không có đường dây tín hiệu nào đi qua vùng bị hư. Cùng một quy tắc với mạch pha phối.

Trừ khi có nhiều máy bay mặt đất được dùng trong... Bảng PCB. Đặc biệt là trong hệ thống ADC siêu năng, Lớp đất phân tách tín hiệu tương tự, có thể dùng hệ thống tín hiệu điện tử và đồng hồ để giảm hiệu nhiễu giữa tín hiệu. Nó cần được nhấn mạnh lần nữa rằng trong một số trường hợp làm việc bừa bãi là không thể tránh khỏi., the Thiết kế PCBer phải đảm bảo không có vòng phát tín hiệu nào đi qua vùng bị rách.

Trong lớp năng lượng có sự khác nhau về gương, cũng phải chú ý đến khu vực đặt giữa lớp (như trong hình bên dưới). Ở mép của tấm ván, có hiệu ứng phóng xạ của lớp máy bay sức mạnh tới lớp dưới mặt đất. Năng lượng điện từ bị rò rỉ từ mép sẽ làm hỏng ván kế tiếp. Xem hình A bên dưới. Thực hiện một cách thích hợp để giảm vùng của lớp máy bay sức mạnh (xem hình B b ên dưới), để lớp mặt đất phủ lên một khu vực nhất định. Việc này sẽ giảm tác động của sự rò rỉ điện từ trường vào ván liền.

4. dây liên lạc

Điều quan trọng nhất để đảm bảo tính to àn vẹn tín hiệu là hệ thống dây của các đường dây tín hiệu..PCB thiết kếBệnh nhân thường đang chịu áp lực lao động, không chỉ để hoàn thành thiết kế trong thời gian ngắn nhất có thể, nhưng cũng để đảm bảo tính to àn vẹn tín hiệu. Biết cách sắp xếp khoảng cách giữa các vấn đề và tín hiệu có thể sẽ thúc đẩy quá trình hệ thống. thiết kế. Tốc độ cao không thể xử lý hiệu quả các ngắt trong đường tín hiệu. Vấn đề ngắt tín hiệu có thể xảy ra với hình ảnh ở dưới. mạch thấp, không cần phải xem xét trường hợp ngắt tín hiệu, nhưng trong mạch cao tốc, vấn đề này phải được cân nhắc. Do đó, ở trong thiết kế mạch và theo phương pháp được hiển thị ở B/c ó trong hình vẽ bên dưới, Tín hiệu liên tục có thể đảm bảo hiệu quả.

Trong thiết kế mạch tốc độ cao, có một vấn đề phổ biến khác với dây dẫn tín hiệu. Nếu không có lý do đặc biệt, tất cả các dây điện bị ngắt sẽ bị loại bỏ càng nhiều càng tốt. Thiết kế mạch tần số cao, dây điện ngắn giống như bức xạ do cản khớp các đường dây tín hiệu.

Cần phải chú ý đặc biệt đến việc sắp xếp các cặp khác nhau trong kế hoạch đường mạch tốc độ cao. Cặp chẩn đoán được điều khiển bởi hai đường dây tín hiệu hoàn toàn khác nhau. Cặp chẩn đoán có thể tránh nhiễu và tăng tốc S/N. Tuy nhiên, đường dây tín hiệu cặp khác nhau có yêu cầu dây dẫn rất cao:

Một. Hai sợi dây phải ở càng gần dây dẫn càng tốt.

2. Chiều dài của hai dòng phải hoàn toàn giống nhau.

Cách chuyển đúng đường dây tín hiệu phân biệt đôi giữa hai thiết bị mà không được sắp xếp cùng nhau là vấn đề then chốt.

Trong bức tranh này A, vì không đồng nhất độ dài của hai đường tín hiệu, sẽ có một số rủi ro không rõ ràng. Dây dẫn đúng phải theo cách được hiển thị trong hình A. B phía trên. Nguyên tắc chung trong hệ thống dây tế nhị đôi là giữ hai đường tín hiệu ngang nhau khoảng cách và gần nhau.

Name=Crossing...

Trong thiết kế PCB, trò chuyện qua mặt là một vấn đề khác đáng chú ý. Tính toán sau hiển thị vùng trò chuyện này và vùng điện từ tương ứng giữa ba cặp nối với các đường dây tín hiệu song song song trong một PCB. Khi khoảng cách giữa các đường tín hiệu quá nhỏ, các vùng điện từ giữa các đường tín hiệu sẽ ảnh hưởng đến nhau, dẫn đến tín hiệu xấu, đó là nói chéo.

Không thể giải quyết bằng cách tăng khoảng cách dòng tín hiệu. Tuy,PCB thiết kếThường thì những kẻ bị trói buộc bởi khoảng cách dây điện và đường dây hẹp của tín hiệu. bởi vì không còn lựa chọn nào khác trong thiết kế, Một số vấn đề liên quan không thể tránh khỏi thiết kế. Rõ, Thiết kế PCBCần có khả năng giải quyết các vấn đề liên lạc. Nhiều quy định liên quan đến khoảng cách đáng tin cậy đã được công bố qua nhiều năm. Một quy tắc phổ biến trong ngành là quy tắc 3W, đó là, Khoảng cách giữa đường tín hiệu liền kề phải có ít nhất ba lần độ rộng của đường tín hiệu.. Tuy, Khoảng cách đường tín hiệu có thể chấp nhận trong thực tế phụ thuộc vào yếu tố như ứng dụng thực tế., môi trường làm việc, và thiết kế dư:. Khoảng cách đường tín hiệu thay đổi từ tình huống này sang tình huống khác và được tính to án mỗi lần. Do đó, khi không thể tránh khỏi các vấn đề, nên định lượng đối thoại. Thứ này có thể được đại diện bởi công nghệ mô phỏng máy tính. Sử dụng trình giả lập, the thiết kếer can determine the signal integrity effect and *estimate the crosstalk effect of the system.

6. Ngắt nguồn điện

Cắt nguồn bây giờ là một thói quen tiêu chuẩn trong việc thiết kế mạch số. Nói đến nó ở đây sẽ giúp giảm các vấn đề ồn trên đường dây điện. Cần phải có nguồn năng lượng sạch để thiết kế một mạch năng lượng cao. Âm thanh tần suất cao gắn trên nguồn cung điện sẽ gây ra vấn đề cho mỗi thiết bị điện phụ. Âm thanh đặc biệt đến từ xung quanh mặt đất, phóng xạ tín hiệu, hay các thiết bị kỹ thuật số. Cách dễ nhất để giải quyết tiếng ồn cung cấp điện là dùng tụ điện để tách rời các nhiễu tần số cao trên mặt đất. Một tụ điện tách rời lý tưởng cung cấp một đường trở ngại thấp cho tiếng ồn tần số cao, loại bỏ nhiễu cung cấp năng lượng. Chọn tụ điện tách ra dựa trên ứng dụng thực tế. Hầu hết các nhà thiết kế sẽ chọn tụ điện trên bề mặt càng gần các chốt cung cấp năng lượng càng tốt, và giá trị tụ điện nên đủ lớn để cung cấp một đường dẫn thấp chống lại mặt đất cho những nhiễu cung cấp năng lượng dễ đoán. Vấn đề thường xảy ra khi sử dụng các tụ điện tách ra là các tụ điện tách nhau không đơn giản là nên coi như tụ điện. Có nhiều tình huống:

a. Sự đóng hộp dẫn tới ký sinh.

B. Các tụ điện mang đến các kháng cự tương đương.

c ó. Dây nối giữa nguồn cung điện và tụ điện tách ra sẽ có một số thứ tự nhiên tương đương;

d. Dây nối giữa bình địa và máy bay mặt đất sẽ có một số phép màu tương đương. Tác dụng của việc này:

a. Các tụ điện sẽ gây ra tác động cộng hưởng lên các tần số cụ thể và hệ thống cản trở mạng sẽ có tác động lớn hơn lên các tín hiệu trong các dải tần số lân cận.

B. Sự kháng cự tương đương (ESR) cũng sẽ ảnh hưởng tới con đường thấp kháng cự được tạo ra b ởi việc tách rời nhiễu cao tốc.

Những thứ sau đây tổng hợp kết quả của việc này lên thiết kế kỹ thuật số:

a. Những đầu nối từ các chốt Vcc và GND trên thiết bị cần được đối xử như những nguyên liệu nhỏ. Do đó, bạn nên làm cho hệ thống Vcc và GND dẫn đầu ngắn và dày nhất có thể trong thiết kế.

B. Hãy chọn một tụ điện với hiệu ứng ESR thấp, để nâng tách nguồn điện ra.

C. Chọn hộp tụ điện nhỏ sẽ giảm dẫn đầu. Thay đổi thiết bị với một gói nhỏ hơn sẽ tạo ra sự thay đổi nhiệt độ. Do đó, sau khi chọn một tụ điện gói nhỏ, thiết bị trong thiết kế phải được điều chỉnh.

Trong thiết kế, thay thế các tụ điện X7R bằng tụ điện Y5V có thể đảm bảo một gói nhỏ hơn và độ tự nhiên tương đương thấp hơn, nhưng đồng thời cũng sẽ tốn nhiều chi phí thiết bị hơn để đảm bảo tính năng nhiệt độ cao.

Trong thiết kế, phải cân nhắc việc tách rời các nhiễu tần số thấp với tụ điện lớn. Sử dụng tụ điện phân tách nhau và tụ điện kích thích có thể làm tăng giá trị của thiết bị.

7. Tóm tắt:

Tín hiệu toàn vẹn là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong suốt thiết kế các mạch điện tử tốc độ cao; Đây là vài đề nghị để đảm bảo tín hiệu toàn vẹn trong thiết kế mạch số:

a. vật lý phân tách các thành phần nhạy cảm khỏi thành phần ồn;

b. Điều khiển, phản xạ và kết hợp thiết b ị cuối tín hiệu

c ó. Dùng lớp năng lượng liên tục và mặt đất;

d. Cố tránh các góc cạnh của đường d ây dẫn,

e. Độ dài dây của hai bộ phận khác nhau ngang bằng nhau;

f. Đối tác phải được xem xét trong thiết kế mạch tốc độ cao.

g. vấn đề cắt nguồn điện;

Một nắm rõ vấn đề kĩ thuật số. circuit thiết kế đã đề cập trên có thể giúp kỹ thuật thiết kế mạch tìm ra nhiều vấn đề tiềm năng ở thiết kế mạch có thể trong giai đoạn đầu của thiết kế mạch.