Πώς να αποφύγετε την επίδραση της γραμμής μεταφοράς στο PCB υψηλής ταχύτητας σχέδιο

1. Μέθοδοι για την καταστολή ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών

Μια καλή λύση στο πρόβλημα ακεραιότητας σήματος θα βελτιώσει την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) της πλακέτας PCB. Ένα από τα πιο σημαντικά είναι να διασφαλιστεί ότι η πλακέτα PCB έχει καλή γείωση. Ένα στρώμα σήματος με ένα στρώμα γείωσης είναι μια πολύ αποτελεσματική μέθοδος για πολύπλοκο σχεδιασμό. Επιπλέον, η ελαχιστοποίηση της πυκνότητας σήματος του εξωτερικού στρώματος της πλακέτας κυκλώματος είναι επίσης ένας καλός τρόπος για τη μείωση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αυτή η μέθοδος μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση του σχεδιασμού PCB της «επιφάνειας» της «επιφάνειας». Το στρώμα επιφανείας επιτυγχάνεται με την προσθήκη ενός συνδυασμού λεπτών στρώσεων μόνωσης και μικροπόρων που χρησιμοποιούνται για τη διείσδυση αυτών των στρωμάτων σε ένα PCB γενικής διαδικασίας. Η αντίσταση και η χωρητικότητα μπορούν να χωθούν κάτω από την επιφάνεια και η γραμμική πυκνότητα ανά μονάδα εμβαδού σχεδόν διπλασιάζεται, μειώνοντας έτσι τον όγκο του PCB. Η μείωση της περιοχής PCB έχει τεράστιο αντίκτυπο στην τοπολογία της δρομολόγησης, πράγμα που σημαίνει ότι ο τρέχων βρόχος μειώνεται, το μήκος της διαδρομής των κλάδων μειώνεται και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι περίπου ανάλογη με την περιοχή του τρέχοντος βρόχου. Ταυτόχρονα, τα χαρακτηριστικά μικρού μεγέθους σημαίνουν ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν πακέτα πείρων υψηλής πυκνότητας, τα οποία με τη σειρά τους μειώνουν το μήκος του σύρματος, μειώνοντας έτσι τον τρέχοντα βρόχο και βελτιώνοντας τα χαρακτηριστικά emc.

2. Ελέγξτε αυστηρά τα μήκη καλωδίων των βασικών καλωδίων δικτύου

Εάν ο σχεδιασμός έχει άκρο άλματος υψηλής ταχύτητας, πρέπει να ληφθεί υπόψη η επίδραση της γραμμής μετάδοσης στο PCB. Τα τσιπ γρήγορου ενσωματωμένου κυκλώματος υψηλής ταχύτητας που χρησιμοποιούνται συνήθως σήμερα είναι ακόμη πιο προβληματικά. Υπάρχουν ορισμένες βασικές αρχές για την επίλυση αυτού του προβλήματος: εάν χρησιμοποιούνται κυκλώματα CMOS ή TTL για το σχεδιασμό, η συχνότητα λειτουργίας είναι μικρότερη από 10 MHz και το μήκος καλωδίωσης δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 7 ίντσες. Εάν η συχνότητα λειτουργίας είναι 50MHz, το μήκος του καλωδίου δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 1.5 ίντσες. Το μήκος της καλωδίωσης πρέπει να είναι 1 ίντσα εάν η συχνότητα λειτουργίας φτάνει ή υπερβαίνει τα 75MHz. Το μέγιστο μήκος καλωδίωσης για τσιπ GaAs πρέπει να είναι 0.3 ίντσες. Σε περίπτωση υπέρβασης αυτού, υπάρχει πρόβλημα γραμμής μεταφοράς.

3. Σχεδιάστε σωστά την τοπολογία της καλωδίωσης

Ένας άλλος τρόπος επίλυσης του φαινομένου της γραμμής μεταφοράς είναι η επιλογή της σωστής διαδρομής δρομολόγησης και τοπολογίας τερματικού. Η τοπολογία καλωδίωσης αναφέρεται στην αλληλουχία καλωδίωσης και τη δομή ενός καλωδίου δικτύου. Όταν χρησιμοποιούνται συσκευές λογικής υψηλής ταχύτητας, το σήμα με ταχέως μεταβαλλόμενα άκρα θα παραμορφώνεται από τους κλάδους του κορμού σήματος, εκτός εάν το μήκος του κλάδου διατηρείται πολύ μικρό. Γενικά, η δρομολόγηση PCB υιοθετεί δύο βασικές τοπολογίες, συγκεκριμένα τη δρομολόγηση Daisy Chain και τη διανομή Star.

Για καλωδίωση με αλυσίδα μαργαρίτας, η καλωδίωση ξεκινά από το τέλος του οδηγού και φτάνει με τη σειρά του σε κάθε άκρο λήψης. Εάν χρησιμοποιείται μια αντίσταση σειράς για την αλλαγή των χαρακτηριστικών του σήματος, η θέση της αντίστασης σειράς πρέπει να είναι κοντά στο άκρο οδήγησης. Η καλωδίωση της αλυσίδας Daisy είναι η καλύτερη στον έλεγχο των υψηλών αρμονικών παρεμβολών της καλωδίωσης. Ωστόσο, αυτό το είδος καλωδίωσης έχει το χαμηλότερο ποσοστό μετάδοσης και δεν είναι εύκολο να περάσει 100%. Στην πραγματική σχεδίαση, θέλουμε να κάνουμε το μήκος διακλάδωσης στην καλωδίωση της αλυσίδας Daisy όσο το δυνατόν μικρότερο και η τιμή του ασφαλούς μήκους πρέπει να είναι: Καθυστέρηση Stub < = Trt * 0.1.

Για παράδειγμα, τα άκρα διακλάδωσης σε κυκλώματα TTL υψηλής ταχύτητας πρέπει να έχουν μήκος μικρότερο από 1.5 ίντσες. Αυτή η τοπολογία καταλαμβάνει λιγότερο χώρο καλωδίωσης και μπορεί να τερματιστεί με μια αντιστοίχιση μιας αντίστασης. Ωστόσο, αυτή η δομή καλωδίωσης καθιστά το σήμα που λαμβάνει σε διαφορετικό δέκτη σήματος δεν είναι σύγχρονο.

Η τοπολογία του αστεριού μπορεί να αποφύγει αποτελεσματικά το πρόβλημα του συγχρονισμού σήματος ρολογιού, αλλά είναι πολύ δύσκολο να τελειώσει η καλωδίωση χειροκίνητα στο PCB με υψηλή πυκνότητα. Η χρήση αυτόματου καλωδιακού καλωδίου είναι ο καλύτερος τρόπος για να ολοκληρωθεί η καλωδίωση αστεριών. Απαιτείται τερματική αντίσταση σε κάθε κλάδο. Η τιμή της ακραίας αντίστασης πρέπει να ταιριάζει με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του σύρματος. Αυτό μπορεί να γίνει χειροκίνητα ή μέσω εργαλείων CAD για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών τιμών σύνθετης αντίστασης και τιμών αντίστασης αντιστοίχισης τερματικού.

Ενώ χρησιμοποιούνται απλές τερματικές αντιστάσεις στα δύο παραπάνω παραδείγματα, ένας πιο σύνθετος ακροδέκτης αντιστοίχισης είναι προαιρετικός στην πράξη. Η πρώτη επιλογή είναι το τερματικό αντιστοίχισης RC. Οι ακροδέκτες αντιστοίχισης RC μπορούν να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο όταν η λειτουργία του σήματος είναι σχετικά σταθερή. Αυτή η μέθοδος είναι η πλέον κατάλληλη για επεξεργασία αντιστοίχισης σήματος γραμμής ρολογιού. Το μειονέκτημα είναι ότι η χωρητικότητα στο τερματικό αντιστοίχισης RC μπορεί να επηρεάσει το σχήμα και την ταχύτητα διάδοσης του σήματος.

Ο ακροδέκτης αντιστοίχισης σειράς δεν προκαλεί επιπλέον κατανάλωση ενέργειας, αλλά επιβραδύνει τη μετάδοση σήματος. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται σε κυκλώματα που κινούνται με λεωφορεία όπου οι χρονικές καθυστερήσεις δεν είναι σημαντικές. Ο ακροδέκτης αντιστοίχισης σειράς αντιστάσεων έχει επίσης το πλεονέκτημα ότι μειώνει τον αριθμό των συσκευών που χρησιμοποιούνται στον πίνακα και την πυκνότητα των συνδέσεων.

Η τελική μέθοδος είναι ο διαχωρισμός του τερματικού που ταιριάζει, στο οποίο το στοιχείο αντιστοίχισης πρέπει να τοποθετηθεί κοντά στο άκρο λήψης. Το πλεονέκτημά του είναι ότι δεν θα κατεβάσει το σήμα και μπορεί να είναι πολύ καλό για να αποφύγει τον θόρυβο. Συνήθως χρησιμοποιείται για σήματα εισόδου TTL (ACT, HCT, FAST).

Επιπλέον, πρέπει να ληφθούν υπόψη ο τύπος συσκευασίας και ο τύπος εγκατάστασης της αντίστασης αντιστοίχισης τερματικού. Οι αντιστάσεις τοποθέτησης SMD επιφάνειας έχουν γενικά χαμηλότερη επαγωγή από τα εξαρτήματα διαμπερών οπών, επομένως προτιμούνται τα εξαρτήματα συσκευασίας SMD. Υπάρχουν επίσης δύο τρόποι εγκατάστασης για συνηθισμένες αντιστάσεις βύσματος: κάθετες και οριζόντιες.

Στη λειτουργία κάθετης τοποθέτησης, η αντίσταση έχει ένα μικρό πείρο στερέωσης, το οποίο μειώνει τη θερμική αντίσταση μεταξύ της αντίστασης και της πλακέτας κυκλώματος και κάνει τη θερμότητα αντίστασης να εκπέμπεται πιο εύκολα στον αέρα. Αλλά μια μακρύτερη κάθετη εγκατάσταση θα αυξήσει την επαγωγή της αντίστασης. Η οριζόντια εγκατάσταση έχει χαμηλότερη επαγωγή λόγω χαμηλότερης εγκατάστασης. Ωστόσο, η υπερθέρμανση της αντίστασης θα παρασυρθεί και στη χειρότερη περίπτωση, η αντίσταση θα ανοίξει, με αποτέλεσμα την αποτυχία αντιστοίχισης τερματισμού καλωδίωσης PCB να γίνει ένας πιθανός παράγοντας βλάβης.

4. Άλλες εφαρμοστέες τεχνολογίες

Προκειμένου να μειωθεί η παροδική υπέρβαση τάσης στο τροφοδοτικό IC, πρέπει να προστεθεί πυκνωτής αποσύνδεσης στο τσιπ IC. Αυτό αφαιρεί αποτελεσματικά την επίδραση των φρένων στην παροχή ρεύματος και μειώνει την ακτινοβολία από το βρόχο τροφοδοσίας στον εκτυπωμένο πίνακα.

Το φαινόμενο εξομάλυνσης με βούρτσα είναι καλύτερο όταν ο πυκνωτής αποσύνδεσης συνδέεται απευθείας στο σκέλος τροφοδοσίας του ολοκληρωμένου κυκλώματος και όχι στο στρώμα τροφοδοσίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένες συσκευές έχουν πυκνωτές αποσύνδεσης στις πρίζες τους, ενώ άλλες απαιτούν η απόσταση μεταξύ του πυκνωτή αποσύνδεσης και της συσκευής να είναι αρκετά μικρή.

Οποιεσδήποτε συσκευές υψηλής ταχύτητας και υψηλής κατανάλωσης ισχύος θα πρέπει να τοποθετηθούν μαζί όσο το δυνατόν περισσότερο για να μειωθεί η παροδική υπέρβαση της τάσης τροφοδοσίας.

Χωρίς στρώμα ισχύος, μεγάλες γραμμές τροφοδοσίας σχηματίζουν ένα βρόχο μεταξύ του σήματος και του βρόχου, χρησιμεύοντας ως πηγή ακτινοβολίας και επαγωγικό κύκλωμα.

Η καλωδίωση που σχηματίζει έναν βρόχο που δεν περνάει από το ίδιο καλώδιο δικτύου ή άλλη καλωδίωση ονομάζεται ανοιχτός βρόχος. Εάν ο βρόχος διέρχεται από το ίδιο καλώδιο δικτύου, άλλες διαδρομές σχηματίζουν έναν κλειστό βρόχο. Και στις δύο περιπτώσεις, μπορεί να εμφανιστεί το φαινόμενο κεραίας (κεραία γραμμής και κεραία δακτυλίου).