Sådan undgår du transmissionslinjeeffekt i højhastigheds-printkort design

1. Metoder til at undertrykke elektromagnetisk interferens

En god løsning på signalintegritetsproblemet vil forbedre printkortets elektromagnetiske kompatibilitet (EMC). En af de vigtigste er at sikre, at printkortet har en god jordforbindelse. Et signallag med et jordlag er en meget effektiv metode til komplekst design. Desuden er minimering af signaltætheden af ​​kredsløbets yderste lag også en god måde at reducere elektromagnetisk stråling på. Denne metode kan opnås ved at bruge “overfladeareal” -teknologien “opbygning” PCB-design. Overfladelaget opnås ved at tilføje en kombination af tynde isoleringslag og mikroporer, der bruges til at trænge ind i disse lag på et PCB med generel proces. Modstanden og kapacitansen kan begraves under overfladen, og den lineære densitet pr. Arealenhed er næsten fordoblet, hvilket reducerer PCB -volumen. Reduktionen af ​​PCB -område har en enorm indflydelse på topologien af ​​routing, hvilket betyder, at den aktuelle sløjfe reduceres, længden af ​​forgreningsdirigering reduceres, og den elektromagnetiske stråling er omtrent proportional med den aktuelle sløjfe; At the same time, the small size characteristics mean that high-density pin packages can be used, which in turn reduces the length of the wire, thus reducing the current loop and improving emc characteristics.

2. Strictly control the cable lengths of key network cables

If the design has a high speed jump edge, the transmission line effect on the PCB must be considered. Den høje clock rate hurtige integrerede kredsløbschips, der almindeligvis bruges i dag, er endnu mere problematisk. Der er nogle grundlæggende principper for at løse dette problem: Hvis CMOS- eller TTL -kredsløb bruges til design, er driftsfrekvensen mindre end 10 MHz, og ledningslængden bør ikke være større end 7 tommer. If the operating frequency is 50MHz, the cable length should not be greater than 1.5 inches. Wiring length should be 1 inch if operating frequency reaches or exceeds 75MHz. Den maksimale ledningslængde for GaAs -chips skal være 0.3 tommer. Hvis dette overskrides, er der et transmissionslinjeproblem.

3. Planlæg kabelføringens topologi korrekt

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Kabeltopologien refererer til kabelsekvensen og strukturen af ​​et netværkskabel. Når der bruges højhastigheds-logiske enheder, vil signalet med hurtigt skiftende kanter blive forvrænget af signalstammens grene, medmindre grenlængden holdes meget kort. Generelt vedtager PCB -routing to grundlæggende topologier, nemlig Daisy Chain routing og Star distribution.

For daisy-chain-ledninger starter ledninger ved førerenden og når hver modtagende ende efter tur. Hvis der bruges en seriemodstand til at ændre signalegenskaberne, skal seriemodstandens position være tæt på drivenden. Daisy chain kabler er de bedste til at kontrollere den høje harmoniske interferens af kabler. Denne form for ledninger har imidlertid den laveste transmissionshastighed og er ikke let at passere 100%. I det faktiske design ønsker vi at gøre grenlængden i Daisy -kædeledninger så kort som muligt, og værdien for sikker længde skal være: Stub Delay < = Trt * 0.1.

For eksempel bør grenender i højhastigheds-TTL-kredsløb være mindre end 1.5 tommer lange. Denne topologi optager mindre ledningsplads og kan afsluttes med en enkelt modstandsmatchning. Denne ledningsstruktur gør imidlertid, at signalet modtagelse ved forskellige signalmodtagere ikke er synkront.

The star topology can effectively avoid the problem of clock signal synchronization, but it is very difficult to finish the wiring manually on the PCB with high density. Brug af automatisk kabel er den bedste måde at afslutte stjernekabler på. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Dette kan gøres manuelt eller via CAD -værktøjer til at beregne de karakteristiske impedansværdier og terminal matchende modstandsværdier.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Den første mulighed er RC -matchterminalen. RC -matchende terminaler kan reducere strømforbruget, men kan kun bruges, når signaloperationen er relativt stabil. Denne metode er mest velegnet til behandling af urlinjesignaltilpasning. Ulempen er, at kapacitansen i RC -matchende terminal kan påvirke signalets form og forplantningshastighed.

The series resistor matching terminal incurs no additional power consumption, but slows down signal transmission. This approach is used in bus-driven circuits where time delays are not significant. Seriemodstandsmatchningsterminalen har også fordelen ved at reducere antallet af enheder, der bruges på kortet og tætheden af ​​forbindelser.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Dens fordel er, at det ikke trækker signalet ned og kan være meget godt for at undgå støj. Typisk brugt til TTL -indgangssignaler (ACT, HCT, FAST).

In addition, the package type and installation type of the terminal matching resistor must be considered. SMD surface mount resistors generally have lower inductance than through-hole components, so SMD package components are preferred. There are also two installation modes for ordinary straight plug resistors: vertical and horizontal.

I lodret monteringsform har modstanden en kort monteringsstift, som reducerer den termiske modstand mellem modstanden og printkortet og gør modstandsvarmen lettere udsendt til luften. Men en længere lodret installation vil øge modstandens induktans. Vandret installation har lavere induktans på grund af lavere installation. However, the overheated resistance will drift, and in the worst case, the resistance will become open, resulting in PCB wiring termination matching failure, becoming a potential failure factor.

4. Andre gældende teknologier

For at reducere forbigående spændingsoverskridelse på IC -strømforsyning, skal afkoblingskondensator tilføjes til IC -chip. Dette fjerner effektivt virkningen af ​​grater på strømforsyningen og reducerer strålingen fra strømsløjfen på printkortet.

Gratudglatningseffekten er bedst, når afkoblingskondensatoren er forbundet direkte til strømforsyningsbenet i det integrerede kredsløb frem for til strømforsyningslaget. Det er derfor, at nogle enheder har afkoblingskondensatorer i deres stikkontakter, mens andre kræver, at afstanden mellem afkoblingskondensatoren og enheden er lille nok.

Enheder med høj hastighed og højt strømforbrug bør placeres så langt som muligt for at reducere forbigående overskridelse af strømforsyningsspændingen.

Uden et strømlag danner lange kraftledninger en sløjfe mellem signalet og sløjfen, der tjener som en kilde til stråling og et induktivt kredsløb.

Kabling, der danner en sløjfe, der ikke passerer gennem det samme netværkskabel eller anden kabling, kaldes åben sløjfe. Hvis sløjfen passerer gennem det samme netværkskabel, danner andre ruter en lukket sløjfe. I begge tilfælde kan antenneeffekten (linjeantenne og ringantenne) forekomme.