Cómo evitar el efecto de la línea de transmisión en PCB de alta velocidad premium

1. Métodos para suprimir la interferencia electromagnética

Una buena solución al problema de integridad de la señal mejorará la compatibilidad electromagnética (EMC) de la placa PCB. Uno de los más importantes es asegurarse de que la placa PCB tenga una buena conexión a tierra. Una capa de señal con una capa de tierra es un método muy eficaz para diseños complejos. Además, minimizar la densidad de señal de la capa más externa de la placa de circuito también es una buena forma de reducir la radiación electromagnética. Este método se puede lograr utilizando el diseño de PCB de “acumulación” de tecnología de “área de superficie”. La capa del área de la superficie se logra agregando una combinación de capas de aislamiento delgadas y microporos que se utilizan para penetrar estas capas en un PCB de proceso general. La resistencia y la capacitancia se pueden enterrar debajo de la superficie, y la densidad lineal por unidad de área casi se duplica, reduciendo así el volumen de la PCB. La reducción del área de PCB tiene un gran impacto en la topología del enrutamiento, lo que significa que se reduce el bucle de corriente, se reduce la longitud del enrutamiento de rama y la radiación electromagnética es aproximadamente proporcional al área del bucle de corriente; Al mismo tiempo, las características de tamaño pequeño significan que se pueden usar paquetes de pines de alta densidad, lo que a su vez reduce la longitud del cable, lo que reduce el bucle de corriente y mejora las características de emc.

2. Controle estrictamente las longitudes de los cables de red clave

Si el diseño tiene un borde de salto de alta velocidad, se debe considerar el efecto de la línea de transmisión en la PCB. Los chips de circuitos integrados rápidos de alta frecuencia que se utilizan comúnmente en la actualidad son aún más problemáticos. Existen algunos principios básicos para resolver este problema: si se utilizan circuitos CMOS o TTL para el diseño, la frecuencia de funcionamiento es inferior a 10 MHz y la longitud del cableado no debe ser superior a 7 pulgadas. Si la frecuencia de funcionamiento es de 50 MHz, la longitud del cable no debe ser superior a 1.5 pulgadas. La longitud del cableado debe ser de 1 pulgada si la frecuencia de funcionamiento alcanza o supera los 75 MHz. La longitud máxima del cableado para los chips GaAs debe ser de 0.3 pulgadas. Si se excede, hay un problema en la línea de transmisión.

3. Planifique adecuadamente la topología del cableado.

Otra forma de resolver el efecto de la línea de transmisión es elegir la ruta de enrutamiento y la topología de terminal correctas. La topología de cableado se refiere a la secuencia y estructura del cableado de un cable de red. Cuando se utilizan dispositivos lógicos de alta velocidad, la señal con bordes que cambian rápidamente será distorsionada por las ramas del tronco de la señal a menos que la longitud de la rama se mantenga muy corta. En general, el enrutamiento de PCB adopta dos topologías básicas, a saber, el enrutamiento en cadena y la distribución en estrella.

Para el cableado en cadena, el cableado comienza en el extremo del controlador y llega a cada extremo receptor por turno. Si se utiliza una resistencia en serie para cambiar las características de la señal, la posición de la resistencia en serie debe estar cerca del extremo conductor. El cableado en cadena es el mejor para controlar la alta interferencia armónica del cableado. Sin embargo, este tipo de cableado tiene la tasa de transmisión más baja y no es fácil de pasar al 100%. En el diseño real, queremos que la longitud de la rama en el cableado de cadena tipo margarita sea lo más corta posible, y el valor de la longitud segura debe ser: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Por ejemplo, los extremos de las ramificaciones en los circuitos TTL de alta velocidad deben tener menos de 1.5 pulgadas de largo. Esta topología ocupa menos espacio de cableado y se puede terminar con una sola combinación de resistencias. Sin embargo, esta estructura de cableado hace que la señal que se recibe en un receptor de señal diferente no sea síncrona.

La topología en estrella puede evitar eficazmente el problema de la sincronización de la señal de reloj, pero es muy difícil terminar el cableado manualmente en la PCB con alta densidad. Usar un cableador automático es la mejor manera de completar el cableado en estrella. Se requiere una resistencia terminal en cada rama. El valor de la resistencia del terminal debe coincidir con la impedancia característica del cable. Esto se puede hacer manualmente o mediante herramientas CAD para calcular los valores de impedancia característicos y los valores de resistencia de coincidencia de terminales.

Mientras que en los dos ejemplos anteriores se utilizan resistencias terminales simples, en la práctica es opcional una terminal coincidente más compleja. La primera opción es el terminal RC Match. Los terminales de adaptación RC pueden reducir el consumo de energía, pero solo se pueden usar cuando la operación de la señal es relativamente estable. Este método es el más adecuado para el procesamiento de coincidencia de señales de línea de reloj. La desventaja es que la capacitancia en el terminal de adaptación RC puede afectar la forma y la velocidad de propagación de la señal.

El terminal de adaptación de resistencias en serie no genera un consumo de energía adicional, pero ralentiza la transmisión de la señal. Este enfoque se utiliza en circuitos impulsados ​​por bus donde los retrasos de tiempo no son significativos. El terminal de adaptación de resistencias en serie también tiene la ventaja de reducir la cantidad de dispositivos utilizados en la placa y la densidad de conexiones.

El último método consiste en separar el terminal correspondiente, en el que el elemento correspondiente debe colocarse cerca del extremo receptor. Su ventaja es que no reducirá la señal y puede ser muy bueno para evitar el ruido. Normalmente se utiliza para señales de entrada TTL (ACT, HCT, FAST).

Además, se debe considerar el tipo de paquete y el tipo de instalación de la resistencia de coincidencia de terminales. Las resistencias de montaje en superficie SMD generalmente tienen una inductancia más baja que los componentes de orificio pasante, por lo que se prefieren los componentes del paquete SMD. También hay dos modos de instalación para resistencias de enchufe recto ordinarias: vertical y horizontal.

En el modo de montaje vertical, la resistencia tiene un pasador de montaje corto, que reduce la resistencia térmica entre la resistencia y la placa de circuito y hace que el calor de la resistencia se emita más fácilmente al aire. Pero una instalación vertical más larga aumentará la inductancia de la resistencia. La instalación horizontal tiene una inductancia más baja debido a una instalación más baja. Sin embargo, la resistencia sobrecalentada se desviará y, en el peor de los casos, la resistencia se abrirá, lo que provocará una falla de coincidencia de terminación de cableado de PCB, convirtiéndose en un factor de falla potencial.

4. Otras tecnologías aplicables

Para reducir el exceso de voltaje transitorio en la fuente de alimentación IC, se debe agregar un condensador de desacoplamiento al chip IC. Esto elimina eficazmente el impacto de las rebabas en la fuente de alimentación y reduce la radiación del bucle de alimentación en la placa impresa.

El efecto de suavizado de rebabas es mejor cuando el condensador de desacoplamiento está conectado directamente al tramo de la fuente de alimentación del circuito integrado en lugar de a la capa de la fuente de alimentación. Esta es la razón por la que algunos dispositivos tienen condensadores de desacoplamiento en sus enchufes, mientras que otros requieren que la distancia entre el condensador de desacoplamiento y el dispositivo sea lo suficientemente pequeña.

Todos los dispositivos de alta velocidad y de alto consumo de energía deben colocarse juntos en la medida de lo posible para reducir el sobreimpulso transitorio del voltaje de la fuente de alimentación.

Sin una capa de energía, las líneas eléctricas largas forman un bucle entre la señal y el bucle, que sirve como fuente de radiación y circuito inductivo.

El cableado que forma un bucle que no pasa por el mismo cable de red u otro cableado se denomina bucle abierto. Si el bucle pasa por el mismo cable de red, otras rutas forman un bucle cerrado. En ambos casos, puede producirse el efecto de antena (antena de línea y antena de anillo).