نحوه جلوگیری از تأثیر خط انتقال در طراحی PCB با سرعت بالا

چگونه از اثر خط انتقال در جلوگیری کنیم PCB پرسرعت طرح

1. روشهای سرکوب تداخل الکترومغناطیسی

یک راه حل خوب برای مشکل یکپارچگی سیگنال ، سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) برد PCB را بهبود می بخشد. یکی از مهمترین موارد این است که اطمینان حاصل شود که برد PCB دارای پایه مناسب است. یک لایه سیگنال با یک لایه زمین یک روش بسیار موثر برای طراحی پیچیده است. علاوه بر این ، به حداقل رساندن چگالی سیگنال بیرونی ترین لایه برد مدار نیز راه خوبی برای کاهش تابش الکترومغناطیسی است. این روش را می توان با استفاده از فناوری PCB “ساخت سطح” سطح “سطح” به دست آورد. لایه سطح با افزودن ترکیبی از لایه های عایق نازک و ریز حفره های مورد استفاده برای نفوذ به این لایه ها بر روی PCB با فرایند کلی به دست می آید. مقاومت و خازن را می توان در زیر سطح مدفون کرد ، و چگالی خطی در واحد سطح تقریباً دو برابر می شود ، بنابراین حجم PCB را کاهش می دهد. کاهش مساحت PCB تأثیر زیادی بر توپولوژی مسیریابی دارد ، بدین معنا که حلقه فعلی کاهش می یابد ، طول مسیر شاخه ها کاهش می یابد و تابش الکترومغناطیسی تقریباً متناسب با مساحت حلقه فعلی است. 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. چیپ های مدار سریع یکپارچه با سرعت بالا که امروزه معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، مشکل سازتر هستند. چند اصل اساسی برای حل این مشکل وجود دارد: اگر از مدارهای CMOS یا TTL برای طراحی استفاده شود ، فرکانس کار کمتر از 10 مگاهرتز است و طول سیم کشی نباید بیشتر از 7 اینچ باشد. 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. حداکثر طول سیم کشی تراشه های GaAs باید 0.3 اینچ باشد. در صورت فراتر رفتن از این خطا ، مشکل خط انتقال وجود دارد.

3. توپولوژی کابل کشی را به درستی برنامه ریزی کنید

راه دیگر برای حل اثر خط انتقال ، انتخاب مسیر مسیریابی صحیح و توپولوژی ترمینال است. توپولوژی کابل به دنباله و ساختار کابل کابل شبکه اشاره دارد. هنگامی که از دستگاه های منطقی با سرعت بالا استفاده می شود ، سیگنال با لبه های سریع تغییر شکل توسط شاخه های تنه سیگنال مخدوش می شود مگر اینکه طول شاخه بسیار کوتاه نگه داشته شود. به طور کلی ، مسیریابی PCB از دو توپولوژی اساسی ، یعنی مسیریابی Daisy Chain و توزیع Star ، استفاده می کند.

برای سیم کشی های زنجیره ای دیزی ، سیم کشی از انتهای راننده شروع می شود و به نوبت به هر انتهای دریافت کننده می رسد. اگر از مقاومت سری برای تغییر ویژگی های سیگنال استفاده می شود ، موقعیت مقاومت سری باید نزدیک انتهای رانندگی باشد. کابل کشی زنجیره ای دیزی در کنترل تداخل هارمونیکی بالای کابل کشی بهترین است. با این حال ، این نوع سیم کشی کمترین میزان انتقال را دارد و عبور از آن 100 easy آسان نیست. در طراحی واقعی ، ما می خواهیم طول شاخه در سیم کشی زنجیره ای دیزی را تا حد ممکن کوتاه کنیم ، و مقدار طول ایمن باید: Stub Delay < = Trt * 0.1.

به عنوان مثال ، انتهای شاخه در مدارهای TTL با سرعت بالا باید کمتر از 1.5 اینچ طول داشته باشد. این توپولوژی فضای سیم کشی کمتری را اشغال می کند و می تواند با یک تطبیق مقاومت خاتمه یابد. با این حال ، این ساختار سیم کشی باعث می شود که سیگنال دریافتی در گیرنده سیگنال مختلف همزمان نباشد.

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. استفاده از کابلر اتوماتیک بهترین راه برای تکمیل کابل کشی ستاره است. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. این را می توان به صورت دستی یا از طریق ابزارهای CAD برای محاسبه مقادیر امپدانس مشخصه و مقادیر مقاومت تطبیقی ​​پایانه انجام داد.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. اولین گزینه ترمینال مسابقات RC است. پایانه های تطبیق دهنده RC می تواند مصرف برق را کاهش دهد ، اما تنها زمانی می تواند مورد استفاده قرار گیرد که عملکرد سیگنال نسبتاً پایدار باشد. این روش برای پردازش تطبیق سیگنال خط ساعت مناسب ترین است. نقطه ضعف این است که ظرفیت در ترمینال تطبیق RC ممکن است بر شکل و سرعت انتشار سیگنال تأثیر بگذارد.

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. ترمینال تطبیق مقاومت سری نیز این مزیت را دارد که تعداد دستگاه های مورد استفاده در برد و تراکم اتصالات را کاهش دهد.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. مزیت آن این است که سیگنال را پایین نمی آورد و می تواند برای جلوگیری از سر و صدا بسیار خوب باشد. معمولاً برای سیگنال های ورودی TTL (ACT ، HCT ، FAST) استفاده می شود.

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.

در حالت نصب عمودی ، مقاومت دارای یک پایه اتصال کوتاه است که مقاومت حرارتی بین مقاومت و برد مدار را کاهش می دهد و باعث می شود حرارت مقاومت به راحتی در هوا ساطع شود. اما نصب عمودی طولانی تر باعث افزایش استقامت مقاومت می شود. نصب افقی به دلیل نصب کمتر استقامت کمتری دارد. 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. سایر فناوریهای کاربردی

به منظور کاهش ولتاژ گذرا بر روی منبع تغذیه IC ، خازن جداسازی باید به تراشه IC اضافه شود. این امر به طور م theثر تأثیر ضربه ها را بر منبع تغذیه حذف می کند و تابش حلقه قدرت روی برد چاپی را کاهش می دهد.

هنگامی که خازن جداسازی مستقیماً به پایه منبع تغذیه مدار یکپارچه متصل می شود ، به جای لایه منبع تغذیه ، اثر صاف کردن سوراخ بهتر است. به همین دلیل است که برخی از دستگاه ها خازن های جدا کننده را در سوکت خود دارند ، در حالی که برخی دیگر نیاز دارند فاصله بین خازن جدا کننده و دستگاه به اندازه کافی کوچک باشد.

هر وسیله ای با سرعت بالا و توان مصرفی بالا باید تا آنجا که ممکن است کنار هم قرار گیرند تا از عبور گذرا ولتاژ منبع تغذیه کاسته شود.

بدون لایه قدرت ، خطوط برق طولانی یک حلقه بین سیگنال و حلقه ایجاد می کنند و به عنوان منبع تابش و یک مدار القایی عمل می کنند.

به کابل بندی که یک حلقه را تشکیل می دهد و از یک کابل شبکه یا کابل های دیگر عبور نمی کند ، حلقه باز می گویند. اگر حلقه از طریق یک کابل شبکه عبور کند ، سایر مسیرها یک حلقه بسته را تشکیل می دهند. در هر دو مورد ، اثر آنتن (آنتن خط و آنتن حلقه) می تواند رخ دهد.