Comment éviter l’effet de la ligne de transmission dans PCB haute vitesse conception

1. Méthodes pour supprimer les interférences électromagnétiques

Une bonne solution au problème d’intégrité du signal améliorera la compatibilité électromagnétique (CEM) de la carte PCB. One of the most important is to ensure that the PCB board has good grounding. Une couche de signal avec une couche de masse est une méthode très efficace pour une conception complexe. De plus, minimiser la densité de signal de la couche la plus externe de la carte de circuit imprimé est également un bon moyen de réduire le rayonnement électromagnétique. Cette méthode peut être réalisée en utilisant la conception de circuits imprimés « build-up » de la technologie « surface ». La couche de surface est obtenue en ajoutant une combinaison de fines couches isolantes et de micropores utilisés pour pénétrer ces couches sur un circuit imprimé à processus général. La résistance et la capacité peuvent être enterrées sous la surface, et la densité linéaire par unité de surface est presque doublée, réduisant ainsi le volume du PCB. La réduction de la zone PCB a un impact énorme sur la topologie du routage, ce qui signifie que la boucle de courant est réduite, la longueur du routage des dérivations est réduite et le rayonnement électromagnétique est approximativement proportionnel à la surface de la boucle de courant ; 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. Les puces de circuits intégrés rapides à haute fréquence d’horloge couramment utilisées aujourd’hui sont encore plus problématiques. Il existe quelques principes de base pour résoudre ce problème : si des circuits CMOS ou TTL sont utilisés pour la conception, la fréquence de fonctionnement est inférieure à 10 MHz et la longueur du câblage ne doit pas dépasser 7 pouces. 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. La longueur de câblage maximale pour les puces GaAs doit être de 0.3 pouces. S’il est dépassé, il y a un problème de ligne de transmission.

3. Bien planifier la topologie du câblage

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. La topologie de câblage fait référence à la séquence de câblage et à la structure d’un câble réseau. Lorsque des dispositifs logiques à grande vitesse sont utilisés, le signal avec des fronts changeant rapidement sera déformé par les branches du tronc de signal à moins que la longueur de la branche ne soit maintenue très courte. En général, le routage PCB adopte deux topologies de base, à savoir le routage en guirlande et la distribution en étoile.

For daisy-chain wiring, wiring starts at the driver end and reaches each receiving end in turn. If a series resistor is used to change the signal characteristics, the position of the series resistor should be close to the driving end. Daisy chain cabling is the best in controlling the high harmonic interference of cabling. Cependant, ce type de câblage a le taux de transmission le plus bas et n’est pas facile à passer à 100%. Dans la conception actuelle, nous voulons que la longueur de dérivation dans le câblage en guirlande soit aussi courte que possible, et la valeur de longueur de sécurité doit être : Stub Delay < = Trt * 0.1.

Par exemple, les extrémités des dérivations dans les circuits TTL haute vitesse doivent mesurer moins de 1.5 pouce de long. Cette topologie prend moins d’espace de câblage et peut être terminée par une seule adaptation de résistance. Cependant, cette structure de câblage fait que la réception du signal à un récepteur de signal différent n’est pas synchrone.

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. L’utilisation d’un câbleur automatique est le meilleur moyen de réaliser un câblage en étoile. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Cela peut être fait manuellement ou via des outils de CAO pour calculer les valeurs d’impédance caractéristiques et les valeurs de résistance de correspondance des bornes.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. La première option est le terminal de correspondance RC. Les bornes de correspondance RC peuvent réduire la consommation d’énergie, mais ne peuvent être utilisées que lorsque le fonctionnement du signal est relativement stable. Cette méthode est la plus appropriée pour le traitement de correspondance de signal de ligne d’horloge. L’inconvénient est que la capacité de la borne d’adaptation RC peut affecter la forme et la vitesse de propagation du signal.

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. La borne d’adaptation de résistance série a également l’avantage de réduire le nombre d’appareils utilisés sur la carte et la densité de connexions.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Son avantage est qu’il n’abaissera pas le signal et peut être très utile pour éviter le bruit. Généralement utilisé pour les signaux d’entrée TTL (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.

En mode de montage vertical, la résistance a une broche de montage courte, ce qui réduit la résistance thermique entre la résistance et le circuit imprimé et rend la chaleur de la résistance plus facilement émise dans l’air. But a longer vertical installation will increase the inductance of the resistor. Horizontal installation has lower inductance due to lower 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. Autres technologies applicables

Afin de réduire le dépassement de tension transitoire sur l’alimentation IC, un condensateur de découplage doit être ajouté à la puce IC. Cela supprime efficacement l’impact des bavures sur l’alimentation et réduit le rayonnement de la boucle d’alimentation sur la carte imprimée.

L’effet de lissage des bavures est optimal lorsque le condensateur de découplage est connecté directement à la branche d’alimentation du circuit intégré plutôt qu’à la couche d’alimentation. C’est pourquoi certains appareils ont des condensateurs de découplage dans leurs supports, tandis que d’autres nécessitent que la distance entre le condensateur de découplage et l’appareil soit suffisamment petite.

Tous les dispositifs à grande vitesse et à forte consommation d’énergie doivent être placés ensemble autant que possible pour réduire les dépassements transitoires de la tension d’alimentation.

Sans couche d’alimentation, les longues lignes électriques forment une boucle entre le signal et la boucle, servant de source de rayonnement et de circuit inductif.

Un câblage formant une boucle qui ne passe pas par le même câble réseau ou autre câblage est appelé boucle ouverte. If the loop passes through the same network cable, other routes form a closed loop. In both cases, the antenna effect (line antenna and ring antenna) can occur.