So vermeiden Sie den Übertragungsleitungseffekt in Hochgeschwindigkeitsplatine Design

1. Methoden zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen

Eine gute Lösung für das Problem der Signalintegrität verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Leiterplatte. Einer der wichtigsten ist es, sicherzustellen, dass die Leiterplatte gut geerdet ist. Eine Signalschicht mit Masseschicht ist eine sehr effektive Methode für komplexes Design. Darüber hinaus ist die Minimierung der Signaldichte der äußersten Schicht der Leiterplatte auch eine gute Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung zu reduzieren. Diese Methode kann durch die Verwendung der „Oberflächen“-Technologie „Aufbau“ des PCB-Designs erreicht werden. Die Oberflächenschicht wird durch Hinzufügen einer Kombination aus dünnen Isolationsschichten und Mikroporen erreicht, die verwendet werden, um diese Schichten auf einer Leiterplatte für den allgemeinen Prozess zu durchdringen. Der Widerstand und die Kapazität können unter der Oberfläche vergraben werden, und die lineare Dichte pro Flächeneinheit wird nahezu verdoppelt, wodurch das Volumen der Leiterplatte reduziert wird. Die Reduzierung der PCB-Fläche hat einen großen Einfluss auf die Topologie des Routings, was bedeutet, dass die Stromschleife reduziert wird, die Länge der Verzweigungsführung reduziert wird und die elektromagnetische Strahlung ungefähr proportional zur Fläche der Stromschleife ist; 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. Die heute üblicherweise verwendeten schnellen integrierten Schaltungschips mit hoher Taktrate sind sogar noch problematischer. Es gibt einige Grundprinzipien, um dieses Problem zu lösen: Wenn CMOS- oder TTL-Schaltungen für das Design verwendet werden, beträgt die Betriebsfrequenz weniger als 10 MHz und die Kabellänge sollte nicht mehr als 7 Zoll betragen. 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. Die maximale Verdrahtungslänge für GaAs-Chips sollte 0.3 Zoll betragen. Wird dieser überschritten, liegt ein Übertragungsleitungsproblem vor.

3. Topologie der Verkabelung richtig planen

Eine andere Möglichkeit, den Übertragungsleitungseffekt zu lösen, besteht darin, den richtigen Routing-Pfad und die richtige Terminaltopologie zu wählen. Die Verkabelungstopologie bezeichnet die Verkabelungsreihenfolge und den Aufbau eines Netzwerkkabels. Bei Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Logikvorrichtungen wird das Signal mit sich schnell ändernden Flanken durch die Zweige der Signalleitung verzerrt, es sei denn, die Zweiglänge wird sehr kurz gehalten. Im Allgemeinen verwendet das PCB-Routing zwei grundlegende Topologien, nämlich das Daisy-Chain-Routing und die Sternverteilung.

Bei der Daisy-Chain-Verkabelung beginnt die Verdrahtung am Treiberende und erreicht nacheinander jedes empfangende Ende. Wird ein Vorwiderstand zur Änderung der Signalcharakteristik verwendet, sollte die Position des Vorwiderstandes nahe der Antriebsseite liegen. Daisy-Chain-Verkabelung ist am besten geeignet, um die hohen harmonischen Störungen der Verkabelung zu kontrollieren. Diese Art der Verkabelung hat jedoch die geringste Übertragungsrate und ist nicht einfach zu 100 % zu bestehen. Im tatsächlichen Design möchten wir die Abzweiglänge in der Daisy-Chain-Verkabelung so kurz wie möglich machen, und der sichere Längenwert sollte sein: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Zum Beispiel sollten Abzweigenden in Hochgeschwindigkeits-TTL-Schaltungen weniger als 1.5 Zoll lang sein. Diese Topologie benötigt weniger Verdrahtungsraum und kann durch eine einzelne Widerstandsanpassung abgeschlossen werden. Diese Verdrahtungsstruktur führt jedoch dazu, dass der Signalempfang an verschiedenen Signalempfängern nicht synchron ist.

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. Die Verwendung eines automatischen Kabelers ist der beste Weg, um eine Sternverkabelung abzuschließen. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Dies kann manuell oder über CAD-Tools erfolgen, um die charakteristischen Impedanzwerte und die Widerstandswerte für die Anschlussanpassung zu berechnen.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Die erste Option ist das RC-Match-Terminal. RC-Anpassungsanschlüsse können den Stromverbrauch reduzieren, können jedoch nur verwendet werden, wenn der Signalbetrieb relativ stabil ist. Dieses Verfahren ist am besten für die Verarbeitung der Taktleitungssignalanpassung geeignet. Der Nachteil besteht darin, dass die Kapazität im RC-Anpassungsanschluss die Form und Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals beeinflussen kann.

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. Der Vorwiderstands-Anpassungsanschluss hat auch den Vorteil, dass die Anzahl der auf der Platine verwendeten Geräte und die Anschlussdichte reduziert werden.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Sein Vorteil ist, dass es das Signal nicht herunterzieht und sehr gut sein kann, um Rauschen zu vermeiden. Wird normalerweise für TTL-Eingangssignale (ACT, HCT, FAST) verwendet.

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.

Im vertikalen Montagemodus hat der Widerstand einen kurzen Montagestift, der den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstand und der Leiterplatte verringert und die Widerstandswärme leichter an die Luft abgibt. Eine längere vertikale Installation erhöht jedoch die Induktivität des Widerstands. Die horizontale Installation hat aufgrund der niedrigeren Installation eine geringere Induktivität. 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. Andere anwendbare Technologien

Um ein Überschwingen der transienten Spannung bei der IC-Stromversorgung zu reduzieren, sollte dem IC-Chip ein Entkopplungskondensator hinzugefügt werden. Dadurch wird der Einfluss von Graten auf die Stromversorgung effektiv beseitigt und die Strahlung aus der Stromschleife auf der Leiterplatte reduziert.

Der Gratglättungseffekt ist am besten, wenn der Entkopplungskondensator direkt mit dem Stromversorgungszweig der integrierten Schaltung und nicht mit der Stromversorgungsschicht verbunden ist. Aus diesem Grund haben einige Geräte Entkopplungskondensatoren in ihren Sockeln, während andere einen ausreichend kleinen Abstand zwischen dem Entkopplungskondensator und dem Gerät benötigen.

Alle Geräte mit hoher Geschwindigkeit und hohem Stromverbrauch sollten so weit wie möglich zusammen angeordnet werden, um ein vorübergehendes Überschwingen der Stromversorgungsspannung zu reduzieren.

Ohne Stromschicht bilden lange Stromleitungen eine Schleife zwischen dem Signal und der Schleife, die als Strahlungsquelle und induktiver Stromkreis dient.

Eine Verkabelung, die eine Schleife bildet, die nicht durch dasselbe Netzwerkkabel oder eine andere Verkabelung führt, wird als offene Schleife bezeichnet. Wenn die Schleife durch dasselbe Netzwerkkabel verläuft, bilden andere Routen eine geschlossene Schleife. In beiden Fällen kann der Antenneneffekt (Linienantenne und Ringantenne) auftreten.