Como evitar o efecto de liña de transmisión en PCB de alta velocidade proxecto

1. Métodos para suprimir as interferencias electromagnéticas

Unha boa solución ao problema de integridade do sinal mellorará a compatibilidade electromagnética (CEM) da placa PCB. Un dos máis importantes é asegurarse de que a placa PCB ten unha boa conexión a terra. Unha capa de sinal cunha capa de terra é un método moi eficaz para o deseño complexo. Ademais, minimizar a densidade de sinal da capa máis externa da placa de circuíto tamén é un bo xeito de reducir a radiación electromagnética. Este método pódese conseguir empregando a tecnoloxía de “superficie” deseño de PCB “acumulado”. A capa de superficie obtense engadindo unha combinación de capas de illamento finas e microporos usados ​​para penetrar nestas capas nun PCB de proceso xeral. A resistencia e a capacidade pódense enterrar debaixo da superficie e a densidade lineal por unidade de área case duplícase, reducindo así o volume do PCB. A redución da área de PCB ten un enorme impacto na topoloxía do enrutamento, o que significa que se reduce o bucle de corrente, se reduce a lonxitude do enrutamento de ramas e a radiación electromagnética é aproximadamente proporcional á área do bucle de corrente; 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. Os chips de circuíto integrado rápido de alta velocidade de reloxo que se usan hoxe en día son aínda máis problemáticos. Hai algúns principios básicos para resolver este problema: se se utilizan circuítos CMOS ou TTL para o deseño, a frecuencia de funcionamento é inferior a 10 MHz e a lonxitude do cableado non debe ser superior a 7 polgadas. 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. A lonxitude máxima do cableado para os chips GaAs debería ser de 0.3 polgadas. Se se supera isto, hai un problema coa liña de transmisión.

3. Planifique axeitadamente a topoloxía do cableado

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. A topoloxía de cableado refírese á secuencia de cableado e á estrutura dun cable de rede. Cando se usan dispositivos lóxicos de alta velocidade, o sinal con arestas que cambian rapidamente será distorsionado polas ramas do tronco do sinal a menos que a lonxitude da ramificación se manteña moi curta. En xeral, o enrutamento de PCB adopta dúas topoloxías básicas, a saber, o encamiñamento da cadea de margaridas e a distribución en estrela.

Para o cableado da cadea de margaridas, o cableado comeza no extremo do condutor e chega a cada extremo receptor á súa vez. Se se usa unha resistencia en serie para cambiar as características do sinal, a posición da resistencia en serie debería estar preto do extremo de condución. O cableado da cadea Daisy é o mellor para controlar a alta interferencia armónica do cableado. Non obstante, este tipo de cableado ten a taxa de transmisión máis baixa e non é fácil pasar o 100%. No deseño real, queremos que a lonxitude do ramal no cableado da cadea Daisy sexa o máis curta posible e o valor da lonxitude segura debería ser: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Por exemplo, os extremos de ramificación en circuítos TTL de alta velocidade deben ter menos de 1.5 polgadas de longo. Esta topoloxía ocupa menos espazo de cableado e pódese rematar cunha soa resistencia. Non obstante, esta estrutura de cableado fai que a recepción do sinal nun receptor de sinal diferente non sexa síncrona.

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. Usar o cableado automático é o mellor xeito de completar o cableado en estrela. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Isto pódese facer manualmente ou mediante ferramentas CAD para calcular os valores de impedancia característicos e os valores de resistencia de correspondencia de terminais.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. A primeira opción é o terminal RC match. Os terminais de correspondencia RC poden reducir o consumo de enerxía, pero só se poden usar cando o funcionamento do sinal é relativamente estable. Este método é o máis adecuado para o procesamento de correspondencia de sinal de liña de reloxo. A desvantaxe é que a capacidade no terminal de correspondencia RC pode afectar a forma e a velocidade de propagación do sinal.

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. O terminal de correspondencia de resistencias en serie tamén ten a vantaxe de reducir o número de dispositivos empregados na placa e a densidade de conexións.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. A súa vantaxe é que non baixará o sinal e pode ser moi bo para evitar o ruído. Normalmente úsase para sinais de entrada 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.

No modo de montaxe vertical, a resistencia ten un pino de montaxe curto, que reduce a resistencia térmica entre a resistencia e a placa de circuíto e fai que a resistencia se emita máis facilmente ao aire. Pero unha instalación vertical máis longa aumentará a inductancia da resistencia. A instalación horizontal ten unha inductancia menor debido a unha instalación máis baixa. 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. Outras tecnoloxías aplicables

Para reducir o exceso de tensión transitoria na fonte de alimentación de IC, hai que engadir condensador de desacoplamiento ao chip IC. Isto elimina efectivamente o impacto das rebabas na fonte de alimentación e reduce a radiación do circuíto de alimentación da placa impresa.

O efecto de suavizado é mellor cando o condensador de desacoplamiento está conectado directamente á pata de alimentación do circuíto integrado e non á capa de alimentación. É por iso que algúns dispositivos teñen condensadores de desacoplamiento nos seus enchufes, mentres que outros requiren que a distancia entre o condensador de desacoplamiento e o dispositivo sexa suficientemente pequena.

Calquera dispositivo de alta velocidade e alto consumo de enerxía debe colocarse xuntos na medida do posible para reducir o exceso transitorio da tensión de alimentación.

Sen unha capa de enerxía, as longas liñas eléctricas forman un lazo entre o sinal e o lazo, servindo como fonte de radiación e circuíto indutivo.

O cableado que forma un lazo que non pasa polo mesmo cable de rede ou outro cableado denomínase lazo aberto. Se o lazo pasa polo mesmo cable de rede, outras rutas forman un lazo pechado. En ambos casos, pode producirse o efecto de antena (antena de liña e antena de anel).