Công nghệ PCB - Thiết kế PCB tốc độ cao Vấn đề hiệu ứng đường truyền Xử lý bốn điểm

Trong quá trình thiết kế PCB tốc độ cao, hiệu ứng đường truyền có thể gây ra một số vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu, làm thế nào để xử lý? Dưới đây là bốn điều để chia sẻ với bạn:

1. Kiểm soát chặt chẽ chiều dài cáp của cáp mạng quan trọng

Nếu thiết kế có cạnh nhảy tốc độ cao, ảnh hưởng của đường truyền trên bảng PCB phải được xem xét. Các chip mạch tích hợp nhanh tốc độ xung nhịp cao thường được sử dụng ngày nay thậm chí còn có vấn đề hơn.

Có một số nguyên tắc cơ bản để giải quyết vấn đề này: nếu được thiết kế với mạch CMOS hoặc TTL, tần số hoạt động dưới 10 MHz và chiều dài dây không được lớn hơn 7 inch. Nếu tần số hoạt động là 50 MHz, chiều dài cáp không được lớn hơn 1,5 inch. Nếu tần số hoạt động đạt hoặc vượt quá 75 MHz, chiều dài dây phải là 1 inch. Chip GaAs phải có chiều dài dây 0,3 inch. Nếu vượt quá giá trị này, điều đó có nghĩa là có vấn đề với đường truyền.

2. Lập kế hoạch cấu trúc liên kết cáp

Một cách khác để giải quyết hiệu ứng đường truyền là chọn đúng đường dẫn định tuyến và cấu trúc liên kết đầu cuối. Cấu trúc liên kết cáp đề cập đến thứ tự và cấu trúc của cáp mạng. Khi sử dụng thiết bị logic tốc độ cao, tín hiệu với các cạnh thay đổi nhanh sẽ bị biến dạng bởi nhánh của thân tín hiệu trừ khi chiều dài nhánh được giữ ngắn.

Nói chung, cáp PCB sử dụng hai cấu trúc liên kết cơ bản, đó là dây chuỗi daisy và phân phối sao.

Đối với hệ thống dây xích daisy, hệ thống dây bắt đầu ở cuối trình điều khiển và đến từng đầu nhận liên tiếp. Nếu điện trở nối tiếp được sử dụng để thay đổi các đặc tính tín hiệu, điện trở nối tiếp phải được đặt gần đầu ổ đĩa. Khi kiểm soát nhiễu sóng hài thứ cấp cao của hệ thống dây điện, hiệu ứng dây xích daisy là đáng chú ý. Tuy nhiên, hệ thống dây điện này không dễ dàng vượt qua 100%. Trong thiết kế thực tế, chúng tôi muốn chiều dài nhánh trong dây chuyền daisy càng ngắn càng tốt và giá trị độ dài an toàn phải là: Stub Delay<= Trt*0.1

Lưu ý: Tr là thời gian đáp ứng

Ví dụ, đầu nhánh trong mạch TTL tốc độ cao phải dài ít hơn 1,5 inch. Cấu trúc liên kết này chiếm ít không gian cáp hơn và có thể được kết thúc bằng một trận đấu điện trở duy nhất. Tuy nhiên, cấu trúc dây này làm cho việc tiếp nhận tín hiệu không đồng bộ ở các bộ thu tín hiệu khác nhau.

Cấu trúc liên kết sao có thể tránh được vấn đề đồng bộ hóa tín hiệu đồng hồ một cách hiệu quả, nhưng rất khó để thực hiện việc định tuyến bằng tay trên PCB mật độ cao. Sử dụng bộ đặt cáp tự động là cách để hoàn thành việc đặt cáp Star. Một điện trở thiết bị đầu cuối là cần thiết trên mỗi nhánh. Giá trị điện trở của thiết bị đầu cuối phải phù hợp với trở kháng đặc trưng của dây dẫn. Điều này có thể được thực hiện bằng tay hoặc thông qua các công cụ CAD để tính toán giá trị trở kháng đặc trưng và giá trị điện trở phù hợp với thiết bị đầu cuối.

Mặc dù điện trở thiết bị đầu cuối đơn giản được sử dụng trong hai ví dụ trên, các thiết bị đầu cuối phù hợp phức tạp hơn trong thực tế là tùy chọn. Tùy chọn là RC Match Terminal. Các thiết bị đầu cuối phù hợp RC có thể làm giảm mức tiêu thụ điện năng, nhưng chỉ khi hoạt động tín hiệu tương đối ổn định. Phương pháp này thích hợp cho việc xử lý phù hợp các tín hiệu đường đồng hồ. Nhược điểm là điện dung trong thiết bị đầu cuối phù hợp RC có thể ảnh hưởng đến hình dạng và tốc độ truyền tín hiệu.

Các thiết bị đầu cuối kết hợp điện trở loạt không tạo ra mức tiêu thụ điện năng bổ sung, nhưng làm chậm việc truyền tín hiệu. Đây là một

Phương pháp này được sử dụng cho các mạch điều khiển xe buýt có độ trễ thời gian không đáng kể. Thiết bị đầu cuối kết nối điện trở loạt cũng có lợi thế là giảm số lượng thiết bị được sử dụng trên bảng và mật độ kết nối.

Một phương pháp là tách thiết bị đầu cuối phù hợp, trong đó phần tử phù hợp cần được đặt gần đầu nhận. Nó có lợi thế là không kéo tín hiệu xuống thấp và tránh tiếng ồn tốt. Thường được sử dụng cho tín hiệu đầu vào TTL (ACT, HCT, FAST).

Ngoài ra, phải xem xét loại gói và loại cài đặt của điện trở phù hợp với thiết bị đầu cuối. Thông thường điện trở gắn trên bề mặt SMD có độ tự cảm thấp hơn phần tử thông qua lỗ, do đó phần tử đóng gói SMD trở thành. Có hai chế độ cài đặt cũng có sẵn cho điện trở trực tiếp thông thường: dọc và ngang.

Trong chế độ gắn dọc, điện trở có chân gắn ngắn, làm giảm điện trở nhiệt giữa điện trở và bảng mạch và làm cho nhiệt điện trở dễ dàng tỏa ra không khí hơn. Nhưng cài đặt dọc dài hơn sẽ làm tăng độ tự cảm của điện trở. Cài đặt ngang có độ tự cảm thấp hơn do cài đặt thấp hơn. Nhưng điện trở quá nóng sẽ trôi đi và trong trường hợp xấu, điện trở sẽ mở mạch, dẫn đến kết nối thiết bị đầu cuối PCB không thành công, trở thành yếu tố thất bại tiềm ẩn.

3. Phương pháp ức chế nhiễu điện từ

Một giải pháp tốt cho vấn đề toàn vẹn tín hiệu sẽ cải thiện khả năng tương thích điện từ (EMC) của bo mạch PCB. Một trong những điều quan trọng nhất là đảm bảo rằng bảng mạch PCB có mặt đất tốt. Các lớp tín hiệu với sự hình thành là một phương pháp rất hiệu quả để thiết kế phức tạp. Ngoài ra, mật độ tín hiệu bên ngoài của bảng mạch cũng là một cách tuyệt vời để giảm bức xạ điện từ và có thể đạt được bằng cách sử dụng thiết kế PCB "lớp bề mặt". Sự tích tụ bề mặt đạt được bằng cách thêm một sự kết hợp của lớp cách nhiệt mỏng và các lỗ nhỏ được sử dụng để thâm nhập vào các lớp này trên PCB quy trình chung. Điện trở và điện dung có thể được chôn dưới bề mặt và mật độ dòng trên một đơn vị diện tích tăng gần gấp đôi, do đó làm giảm thể tích của PCB. Việc giảm diện tích PCB có tác động rất lớn đến cấu trúc liên kết của hệ thống dây điện, có nghĩa là giảm vòng lặp hiện tại, giảm chiều dài của hệ thống dây nhánh, và bức xạ điện từ tỷ lệ gần đúng với diện tích của vòng lặp hiện tại; Trong khi đó, tính năng kích thước nhỏ có nghĩa là có thể sử dụng gói pin mật độ cao, do đó làm giảm chiều dài của dây dẫn, do đó làm giảm vòng lặp hiện tại và cải thiện tính năng emc.

4. Công nghệ áp dụng khác

Để giảm điện áp thoáng qua trên nguồn IC, một tụ điện tách rời nên được thêm vào chip IC. Điều này có hiệu quả loại bỏ ảnh hưởng của burr trên nguồn điện và giảm bức xạ từ các mạch điện trên bảng in.

Hiệu ứng làm mịn burr khi tụ điện tách rời được kết nối trực tiếp với nhánh nguồn của mạch tích hợp thay vì lớp nguồn. Đó là lý do tại sao một số thiết bị có tụ điện tách rời trong ổ cắm của chúng, trong khi những thiết bị khác yêu cầu khoảng cách giữa tụ điện tách rời và thiết bị đủ nhỏ. Bất kỳ thiết bị nào có tốc độ cao và công suất cao nên được đặt cùng nhau càng nhiều càng tốt để giảm quá mức thoáng qua của điện áp nguồn. Trong trường hợp không có lớp điện, dây nguồn dài tạo thành một vòng lặp giữa tín hiệu và vòng lặp, được sử dụng làm nguồn bức xạ và mạch cảm ứng.

Các dây tạo thành vòng lặp không đi qua cùng một cáp mạng hoặc các dây khác, được gọi là vòng hở. Nếu vòng lặp đi qua cùng một cáp mạng, các tuyến đường khác tạo thành vòng lặp đóng. Trong cả hai trường hợp, hiệu ứng ăng-ten (ăng-ten thẳng và ăng-ten vòng) có thể xảy ra. Ăng-ten tạo ra bức xạ EMI bên ngoài và bản thân nó cũng là một mạch nhạy cảm. Vòng kín là một vấn đề phải được xem xét vì nó tạo ra bức xạ tỷ lệ thuận với diện tích của vòng kín.