高速PCB設計で伝送線路の影響を回避する方法は?

で伝送線路の影響を回避する方法 高速PCB デザイン

1.電磁干渉を抑制する方法

シグナルインテグリティの問題に対する優れた解決策は、PCBボードの電磁両立性(EMC)を改善します。 One of the most important is to ensure that the PCB board has good grounding. グラウンド層を備えた信号層は、複雑な設計に非常に効果的な方法です。 さらに、回路基板の最外層の信号密度を最小化することも、電磁放射を減らすための良い方法です。 この方法は、「表面積」技術「ビルドアップ」PCB設計を使用することで実現できます。 表面積層は、一般的なプロセスのPCB上でこれらの層を貫通するために使用される薄い絶縁層と微細孔の組み合わせを追加することによって実現されます。 抵抗と静電容量を表面下に埋めることができ、単位面積あたりの線密度がほぼXNUMX倍になるため、PCBの体積が減少します。 PCB面積の削減は、ルーティングのトポロジに大きな影響を与えます。つまり、電流ループが削減され、分岐ルーティングの長さが短縮され、電磁放射は電流ループの面積にほぼ比例します。 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. 今日一般的に使用されている高クロックレートの高速集積回路チップは、さらに問題があります。 この問題を解決するためのいくつかの基本原則があります。設計にCMOSまたはTTL回路を使用する場合、動作周波数は10MHz未満であり、配線長は7インチを超えてはなりません。 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. GaAsチップの最大配線長は0.3インチである必要があります。 これを超えると、伝送線路に問題が発生します。

3.ケーブル配線のトポロジーを適切に計画します

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. ケーブルトポロジとは、ネットワークケーブルのケーブルシーケンスと構造を指します。 高速ロジックデバイスを使用する場合、分岐の長さが非常に短く保たれない限り、エッジが急速に変化する信号は信号トランクの分岐によって歪められます。 一般に、PCBルーティングは、デイジーチェーンルーティングとスター分散というXNUMXつの基本的なトポロジを採用しています。

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. デイジーチェーンケーブルは、ケーブルの高調波干渉を制御するのに最適です。 ただし、この種の配線は伝送速度が最も低く、100%通過するのは容易ではありません。 実際の設計では、デイジーチェーン配線の分岐長をできるだけ短くしたいので、安全な長さの値は次のようになります。スタブ遅延< = Trt * 0.1。

たとえば、高速TTL回路の分岐端の長さは1.5インチ未満である必要があります。 このトポロジーは、より少ない配線スペースを使用し、単一の抵抗マッチングによって終端することができます。 ただし、この配線構造により、異なる信号受信機での信号受信は同期しなくなります。

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. 自動ケーブル接続を使用することは、スターケーブル接続を完了するための最良の方法です。 A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. これは、手動またはCADツールを使用して実行し、特性インピーダンス値と端子整合抵抗値を計算できます。

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. 最初のオプションはRCマッチ端子です。 RCマッチング端子は消費電力を削減できますが、信号動作が比較的安定している場合にのみ使用できます。 この方法は、クロックライン信号マッチング処理に最適です。 欠点は、RCマッチング端子の静電容量が信号の形状と伝搬速度に影響を与える可能性があることです。

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. 直列抵抗整合端子には、ボード上で使用するデバイスの数と接続密度を減らすという利点もあります。

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. その利点は、信号をプルダウンしないことであり、ノイズを回避するのに非常に適しています。 通常、TTL入力信号(ACT、HCT、FAST)に使用されます。

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.

垂直取り付けモードでは、抵抗には短い取り付けピンがあります。これにより、抵抗と回路基板の間の熱抵抗が減少し、抵抗熱が空気中に放出されやすくなります。 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.その他の適用可能な技術

IC電源の過渡電圧オーバーシュートを低減するために、ICチップにデカップリングコンデンサを追加する必要があります。 これにより、電源へのバリの影響が効果的に除去され、プリント基板の電源ループからの放射が減少します。

バリ平滑化効果は、デカップリングコンデンサが電源層ではなく集積回路の電源レッグに直接接続されている場合に最適です。 これが、ソケットにデカップリングコンデンサを備えているデバイスもあれば、デカップリングコンデンサとデバイス間の距離を十分に小さくする必要があるデバイスもある理由です。

高速および高消費電力のデバイスは、電源電圧の一時的なオーバーシュートを減らすために、可能な限り一緒に配置する必要があります。

電力層がない場合、長い電力線が信号とループの間にループを形成し、放射源および誘導回路として機能します。

同じネットワークケーブルまたは他のケーブルを通過しないループを形成するケーブルは、開ループと呼ばれます。 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.