Com evitar l ‘efecte de la línia de transmissió a PCB d’alta velocitat disseny

1. Mètodes per suprimir les interferències electromagnètiques

Una bona solució al problema d’integritat del senyal millorarà la compatibilitat electromagnètica (CEM) de la placa PCB. Un dels més importants és assegurar-se que la placa PCB tingui una bona connexió a terra. Una capa de senyal amb una capa de terra és un mètode molt eficaç per al disseny complex. A més, minimitzar la densitat de senyal de la capa més externa de la placa de circuits també és una bona manera de reduir la radiació electromagnètica. Aquest mètode es pot aconseguir utilitzant el disseny de PCB “acumulació” de tecnologia de “superfície”. La capa de superfície s’aconsegueix afegint una combinació de capes d’aïllament primes i micropors que s’utilitzen per penetrar aquestes capes en un PCB de procés general. La resistència i la capacitat es poden enterrar sota la superfície i la densitat lineal per unitat d’àrea gairebé es duplica, reduint així el volum del PCB. La reducció de l’àrea del PCB té un gran impacte en la topologia d’encaminament, cosa que significa que es redueix el bucle de corrent, es redueix la longitud de l’encaminament de branca i la radiació electromagnètica és aproximadament proporcional a l’àrea del bucle de corrent; Al mateix temps, les característiques de mida petita fan que es puguin utilitzar paquets de pins d’alta densitat, que al seu torn redueixen la longitud del cable, reduint així el bucle de corrent i millorant les característiques EMC.

2. Controleu estrictament la longitud dels cables dels cables de xarxa clau

Si el disseny té un salt de gran velocitat, s’ha de tenir en compte l’efecte de la línia de transmissió al PCB. Els xips de circuit integrat ràpid d’alta velocitat de rellotge que s’utilitzen avui dia són encara més problemàtics. Hi ha alguns principis bàsics per resoldre aquest problema: si s’utilitzen circuits CMOS o TTL, la freqüència de funcionament és inferior a 10 MHz i la longitud del cablejat no ha de ser superior a 7 polzades. Si la freqüència de funcionament és de 50 MHz, la longitud del cable no hauria de ser superior a 1.5 polzades. La longitud del cablejat ha de ser d’1 polzada si la freqüència de funcionament arriba o supera els 75 MHz. La longitud màxima de cablejat dels xips GaAs ha de ser de 0.3 polzades. Si es supera, hi ha un problema amb la línia de transmissió.

3. Planifiqueu adequadament la topologia del cablejat

Una altra manera de resoldre l’efecte de la línia de transmissió és escollir el camí d’encaminament i la topologia de terminal correctes. La topologia del cablejat fa referència a la seqüència i estructura del cablejat d’un cable de xarxa. Quan s’utilitzen dispositius lògics d’alta velocitat, el senyal amb vores que canvien ràpidament es veurà distorsionat per les branques del tronc del senyal tret que la longitud de la branca es mantingui molt curta. En general, l’encaminament de PCB adopta dues topologies bàsiques, és a dir, l’encaminament de Daisy Chain i la distribució Star.

Per al cablejat de cadena de margarides, el cablejat comença a l’extrem del conductor i arriba al seu torn a cada extrem receptor. Si s’utilitza una resistència de sèrie per canviar les característiques del senyal, la posició de la resistència de sèrie hauria de ser propera a l’extrem de conducció. El cablejat de cadena Daisy és el millor per controlar l’alta interferència harmònica del cablejat. No obstant això, aquest tipus de cablejat té la velocitat de transmissió més baixa i no és fàcil passar el 100%. En el disseny real, volem que la longitud de la branca en el cablejat de la cadena Daisy sigui el més curta possible i el valor de longitud segura ha de ser: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Per exemple, els extrems de derivació en circuits TTL d’alta velocitat haurien de tenir una longitud inferior a 1.5 polzades. Aquesta topologia ocupa menys espai de cablejat i es pot acabar mitjançant una única resistència que coincideixi. No obstant això, aquesta estructura de cablejat fa que la recepció del senyal en un receptor de senyal diferent no sigui síncrona.

La topologia estel·lar pot evitar efectivament el problema de la sincronització del senyal del rellotge, però és molt difícil acabar el cablejat manualment a la PCB amb alta densitat. L’ús de cablejat automàtic és la millor manera de completar el cablejat en estrella. Es requereix una resistència terminal a cada branca. El valor de la resistència del terminal ha de coincidir amb la impedància característica del cable. Això es pot fer manualment o mitjançant eines CAD per calcular els valors d’impedància característics i els valors de resistència de coincidència de terminals.

Tot i que en els dos exemples anteriors s’utilitzen resistències de terminals simples, a la pràctica és opcional un terminal de coincidència més complex. La primera opció és el terminal RC match. Els terminals coincidents RC poden reduir el consum d’energia, però només es poden utilitzar quan el funcionament del senyal és relativament estable. Aquest mètode és el més adequat per al processament de coincidència de senyals de línia de rellotge. L’inconvenient és que la capacitat del terminal de correspondència RC pot afectar la forma i la velocitat de propagació del senyal.

El terminal que coincideix amb la resistència de la sèrie no suposa cap consum d’energia addicional, però alenteix la transmissió del senyal. Aquest enfocament s’utilitza en circuits impulsats per bus on els retards no són significatius. El terminal de coincidència de resistències de la sèrie també té l’avantatge de reduir el nombre de dispositius utilitzats a la placa i la densitat de connexions.

El mètode final és separar el terminal coincident, en el qual l’element coincident s’ha de col·locar a prop de l’extrem receptor. El seu avantatge és que no farà baixar el senyal i pot ser molt bo per evitar sorolls. Normalment s’utilitza per a senyals d’entrada TTL (ACT, HCT, FAST).

A més, cal tenir en compte el tipus de paquet i el tipus d’instal·lació de la resistència que coincideix amb el terminal. Les resistències de muntatge superficial SMD solen tenir una inductància menor que els components de forats passants, de manera que es prefereixen els components del paquet SMD. També hi ha dos modes d’instal·lació per a resistències normals d’endoll rectes: vertical i horitzontal.

En el mode de muntatge vertical, la resistència té un passador de muntatge curt, que redueix la resistència tèrmica entre la resistència i la placa de circuit i fa que la calor de la resistència s’emeti més fàcilment a l’aire. Però una instal·lació vertical més llarga augmentarà la inductància de la resistència. La instal·lació horitzontal té una inductància inferior a causa d’una instal·lació inferior. No obstant això, la resistència sobreescalfada es desplaçarà i, en el pitjor dels casos, la resistència s’obrirà, cosa que provocarà que la terminació del cablejat del PCB coincideixi amb un error, convertint-se en un factor de fallida potencial.

4. Altres tecnologies aplicables

Per tal de reduir la sobrecàrrega de tensió transitòria en la font d’alimentació IC, s’hauria d’afegir condensador de desacoblament al xip IC. Això elimina eficaçment l’impacte de les rebaves sobre la font d’alimentació i redueix la radiació del bucle d’alimentació del tauler imprès.

L’efecte de suavitzat de la rebava és millor quan el condensador de desacoblament es connecta directament a la pota d’alimentació del circuit integrat en lloc de a la capa d’alimentació. És per això que alguns dispositius tenen condensadors de desacoblament a les seves prises, mentre que d’altres requereixen que la distància entre el condensador de desacoblament i el dispositiu sigui prou petita.

Els dispositius d’alta velocitat i alt consum d’energia s’han de col·locar junts tant com sigui possible per reduir la sobrecàrrega transitòria de la tensió d’alimentació.

Sense una capa de potència, les línies elèctriques llargues formen un bucle entre el senyal i el bucle, que serveixen de font de radiació i de circuit inductiu.

El cablejat que forma un bucle que no passa pel mateix cable de xarxa o un altre cablejat s’anomena bucle obert. Si el bucle passa pel mateix cable de xarxa, altres rutes formen un bucle tancat. En ambdós casos, es pot produir l’efecte de l’antena (antena de línia i antena).