Công nghệ PCB - Đường dẫn trở lại PCB mạch tốc độ cao

Trong sơ đồ mạch kỹ thuật số PCB, tín hiệu kỹ thuật số được truyền từ cổng logic này sang cổng logic khác. Tín hiệu được gửi qua dây từ đầu ra đến đầu nhận. Nó dường như chảy theo một hướng. Nhiều kỹ sư kỹ thuật số tin rằng đường dẫn mạch không quan trọng. Sau khi tất cả, trình điều khiển và máy thu được chỉ định là thiết bị chế độ điện áp, vậy tại sao phải xem xét dòng điện.

Trên thực tế, lý thuyết mạch cơ bản cho chúng ta biết rằng tín hiệu được truyền qua dòng điện. Cụ thể, đó là chuyển động của các electron. Một đặc điểm của dòng electron là các electron không bao giờ dừng lại ở bất cứ đâu. Bất cứ nơi nào dòng điện đi, chúng phải quay trở lại. Do đó, dòng điện luôn chảy trong mạch và bất kỳ tín hiệu nào trong mạch đều tồn tại dưới dạng vòng kín. Đối với truyền tín hiệu tần số cao, đó thực sự là quá trình sạc một tụ điện trung bình bị kẹp giữa đường truyền và lớp DC.

Ảnh hưởng của PCB Reflow hàn

Các mạch kỹ thuật số thường dựa vào mặt đất và mặt phẳng nguồn điện để hoàn thành dòng chảy ngược. Tín hiệu tần số cao và tín hiệu tần số thấp có đường trở lại khác nhau. Đối với tín hiệu tần số thấp trở lại, chọn con đường có trở kháng thấp nhất và đối với tín hiệu tần số cao trở lại, chọn con đường có độ tự cảm thấp nhất.

Khi dòng điện bắt đầu từ trình điều khiển tín hiệu, chảy qua đường tín hiệu và được tiêm vào đầu nhận tín hiệu, luôn có dòng điện trở lại theo hướng ngược lại: bắt đầu từ chân nối đất của tải và đi qua mặt phẳng đồng để đến nguồn tín hiệu, dòng điện chảy qua đường tín hiệu tạo thành một vòng kín. Tần số tiếng ồn gây ra bởi dòng điện chạy qua mặt phẳng đồng bằng với tần số tín hiệu. Tần số tín hiệu càng cao, tần số tiếng ồn càng cao. Cổng logic không đáp ứng tín hiệu đầu vào tuyệt đối, nhưng đáp ứng sự khác biệt giữa tín hiệu đầu vào và chân tham chiếu. Mạch đầu cuối một điểm phản ứng với sự khác biệt giữa tín hiệu đầu vào và mặt phẳng tham chiếu mặt đất logic của nó, vì vậy nhiễu trên mặt đất và nhiễu trên đường dẫn tín hiệu cũng quan trọng như nhau.

Bảng mạch in tốc độ cao

Cổng logic đáp ứng với các chân đầu vào và các chân tham chiếu được chỉ định, chúng tôi không biết cái nào là chân tham chiếu được chỉ định (đối với TTL, thường là nguồn điện âm, đối với ECL, thường là nguồn điện dương, nhưng không phải tất cả). Đối với tính năng này, khả năng chống nhiễu của tín hiệu vi sai có thể tạo ra tác động tốt đến tiếng ồn bật lại mặt đất và trượt mặt phẳng nguồn.

Khi nhiều tín hiệu kỹ thuật số trên bo mạch PCB được chuyển đổi đồng bộ (chẳng hạn như bus dữ liệu CPU, bus địa chỉ, v.v.), điều này gây ra dòng tải thoáng qua chảy từ nguồn điện vào mạch hoặc từ mạch đến cáp mặt đất, và trở kháng tạo ra tiếng ồn chuyển đổi đồng bộ (SSN) do sự hiện diện của dây nguồn và dây mặt đất và tiếng ồn hồi phục mặt đất (được gọi là hồi phục mặt đất) cũng xảy ra trên đường dây mặt đất. Khi các dây nguồn và dây nối đất trên bảng mạch in có diện tích xung quanh lớn hơn, chúng cũng có năng lượng bức xạ lớn hơn. Vì vậy, chúng tôi đã phân tích trạng thái chuyển đổi của chip kỹ thuật số và thực hiện các bước để kiểm soát chế độ quay trở lại để giảm diện tích xung quanh. Diện tích, mục đích là phóng xạ tối thiểu.

IC1 là đầu ra tín hiệu, IC2 là đầu vào tín hiệu (để đơn giản hóa mô hình PCB, giả sử đầu thu chứa một điện trở hạ lưu), và lớp thứ ba là sự hình thành. Cả IC1 và IC2 đều được nối đất từ mặt phẳng nối đất thứ ba. Ở góc trên bên phải của lớp TOP là một mặt phẳng nguồn được kết nối với cực dương của nguồn điện. C1 và C2 là các tụ tách rời của IC1 và IC2. Nguồn điện và chân nối đất của chip được hiển thị trong hình là nguồn điện và mặt đất của đầu gửi và đầu nhận tín hiệu.

Ở tần số thấp, nếu thiết bị đầu cuối S1 xuất ra mức cao, toàn bộ vòng lặp hiện tại là nguồn điện được kết nối bằng dây với mặt phẳng nguồn VCC, sau đó vào IC1 qua đường màu cam, sau đó ra khỏi thiết bị đầu cuối S1 và vào IC2 qua lớp dây thứ hai của thiết bị đầu cuối R1. Sau đó đi vào lớp GND và trở về cực âm của nguồn điện thông qua đường dẫn màu đỏ.

Ở tần số cao, đặc tính phân phối của PCB có thể ảnh hưởng lớn đến tín hiệu PCB. Echo mặt đất mà chúng ta thường nói đến là một vấn đề thường gặp trong tín hiệu tần số cao. Khi dòng điện trong đường tín hiệu từ S1 đến R1 tăng lên, từ trường bên ngoài thay đổi nhanh chóng, tạo ra dòng điện ngược trong dây dẫn gần đó. Nếu mặt phẳng của tầng thứ ba là một mặt phẳng hoàn chỉnh, thì dòng điện được chỉ ra bởi đường chấm màu xanh lam sẽ được tạo ra trên mặt phẳng. Nếu lớp TOP có một mặt phẳng nguồn đầy đủ, thì cũng sẽ có dòng chảy ngược dọc theo đường chấm màu xanh trên lớp TOP. Tại thời điểm này, vòng tín hiệu có vòng dòng điện nhỏ nhất, năng lượng bức xạ ra bên ngoài là tối thiểu và khả năng ghép nối các tín hiệu bên ngoài là tối thiểu. (Tần số cao của hiệu ứng da cũng là năng lượng bức xạ bên ngoài tối thiểu, nguyên tắc là như nhau)

Vì mức tín hiệu tần số cao PCB và dòng điện thay đổi nhanh chóng, nhưng chu kỳ thay đổi ngắn và năng lượng cần thiết không lớn, vì vậy chip được cung cấp bởi tụ điện tách rời gần chip nhất. Khi C1 đủ lớn và đáp ứng đủ nhanh (nó có giá trị ESR rất thấp và thường sử dụng tụ gốm. Tụ gốm có ESR thấp hơn nhiều so với tụ điện tantali.), đường màu cam ở tầng trên cùng và đường màu đỏ của lớp GND có thể được coi là không tồn tại.

Do đó, trong môi trường xây dựng, toàn bộ đường dẫn của dòng PCB là: từ cực dương của C1 - đường tín hiệu của VCC-S1-L2-R1 của IC1 - đường màu vàng của lớp GND-GND của IC2 - qua lỗ - điện cực âm của tụ điện. Có thể thấy rằng dòng điện tương đương màu nâu tồn tại theo chiều dọc của dòng PCB và từ trường được cảm nhận ở giữa. Đồng thời, bề mặt vòng này dễ dàng kết hợp với nhiễu bên ngoài. Nếu tín hiệu là một tín hiệu đồng hồ như trong hình, có một tập hợp các đường dữ liệu 8 bit song song được cung cấp bởi cùng một nguồn cung cấp cho cùng một PCB và cùng một đường dẫn trở lại hiện tại.

Nếu mức dây dữ liệu lật theo cùng một hướng cùng một lúc, một dòng điện ngược lớn sẽ được cảm nhận trên đồng hồ. Nếu đường đồng hồ không khớp với nhau, kiểu nhiễu xuyên âm này là đủ để có tác động chết người đến tín hiệu đồng hồ. Cường độ của nhiễu xuyên âm này không tỷ lệ thuận với giá trị tuyệt đối của mức cao và thấp của nguồn gây nhiễu, mà là tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi hiện tại của nguồn gây nhiễu.