전송선 효과를 피하는 방법 고속 PCB 디자인

1. 전자파 간섭 억제 방법

신호 무결성 문제에 대한 좋은 솔루션은 PCB 보드의 전자기 호환성(EMC)을 향상시킵니다. 가장 중요한 것 중 하나는 PCB 보드가 잘 접지되어 있는지 확인하는 것입니다. 접지 레이어가 있는 신호 레이어는 복잡한 설계에 매우 효과적인 방법입니다. 또한, 회로 기판의 가장 바깥쪽 레이어의 신호 밀도를 최소화하는 것도 전자기 복사를 줄이는 좋은 방법입니다. 이 방법은 “표면적” 기술 “빌드업” PCB 설계를 사용하여 달성할 수 있습니다. 표면적 층은 일반 공정 PCB에 얇은 절연 층과 이러한 층을 관통하는 데 사용되는 미세 기공의 조합을 추가하여 달성됩니다. 저항과 커패시턴스가 표면 아래에 묻혀있을 수 있으며 단위 면적당 선형 밀도가 거의 두 배가되어 PCB의 부피를 줄입니다. PCB 면적의 감소는 라우팅 토폴로지에 큰 영향을 미치며, 이는 전류 루프가 감소하고 분기 라우팅 길이가 감소하며 전자기 방사가 전류 루프 면적에 대략 비례함을 의미합니다. 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. 오늘날 일반적으로 사용되는 높은 클록 속도의 고속 집적 회로 칩은 훨씬 더 문제가 됩니다. 이 문제를 해결하기 위한 몇 가지 기본 원칙이 있습니다. CMOS 또는 TTL 회로가 설계에 사용되는 경우 작동 주파수는 10MHz 미만이고 배선 길이는 7인치보다 커서는 안 됩니다. 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 칩의 최대 배선 길이는 0.3인치여야 합니다. 이를 초과하면 전송선에 문제가 있는 것입니다.

3. 케이블링 토폴로지를 적절하게 계획

전송선 효과를 해결하는 또 다른 방법은 올바른 라우팅 경로와 터미널 토폴로지를 선택하는 것입니다. 케이블링 토폴로지는 네트워크 케이블의 케이블링 순서 및 구조를 나타냅니다. 고속 논리 장치를 사용하는 경우 분기 길이가 매우 짧게 유지되지 않는 한 에지가 급격히 변하는 신호는 신호 트렁크의 분기에 의해 왜곡됩니다. 일반적으로 PCB 라우팅은 데이지 체인 라우팅과 스타 분배라는 두 가지 기본 토폴로지를 채택합니다.

데이지 체인 배선의 경우 배선은 드라이버 끝에서 시작하여 차례로 각 수신 끝에 도달합니다. 직렬 저항을 사용하여 신호 특성을 변경하는 경우 직렬 저항의 위치는 구동단에 가까워야 합니다. 데이지 체인 케이블링은 케이블링의 고조파 간섭을 제어하는 ​​데 가장 좋습니다. 그러나 이러한 배선은 전송률이 가장 낮고 100%를 통과하기가 쉽지 않습니다. 실제 설계에서는 데이지 체인 배선의 분기 길이를 최대한 짧게 만들고 안전한 길이 값은 다음과 같아야 합니다. Stub Delay < = Trt * 0.1.

예를 들어 고속 TTL 회로의 분기 끝은 길이가 1.5인치 미만이어야 합니다. 이 토폴로지는 배선 공간을 덜 차지하며 단일 저항 정합으로 종단될 수 있습니다. 그러나 이러한 배선 구조로 인해 다른 신호 수신기에서 수신되는 신호가 동기되지 않습니다.

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. 자동 케이블러를 사용하는 것이 스타 케이블링을 완료하는 가장 좋은 방법입니다. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. 이것은 특성 임피던스 값과 단자 정합 저항 값을 계산하기 위해 수동으로 또는 CAD 도구를 통해 수행할 수 있습니다.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. 첫 번째 옵션은 RC 매치 터미널입니다. RC 매칭 단자는 소비 전력을 줄일 수 있지만 신호 동작이 비교적 안정적인 경우에만 사용할 수 있습니다. 이 방법은 클럭 라인 신호 매칭 처리에 가장 적합합니다. 단점은 RC 정합 단자의 커패시턴스가 신호의 모양과 전파 속도에 영향을 미칠 수 있다는 것입니다.

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. 직렬 저항 정합 단자는 또한 보드에 사용되는 장치의 수와 연결 밀도를 줄이는 이점이 있습니다.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. 장점은 신호를 풀다운하지 않으며 노이즈를 방지하는 데 매우 좋습니다. 일반적으로 TTL 입력 신호(ACT, HCT, FAST)에 사용됩니다.

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.

수직 실장 모드에서 저항은 짧은 실장 핀을 가지므로 저항과 회로 기판 사이의 열 저항을 줄이고 저항 열을 공기 중으로 더 쉽게 방출합니다. 그러나 수직 설치가 길수록 저항의 인덕턴스가 증가합니다. 수평 설치는 설치가 낮기 때문에 인덕턴스가 낮습니다. 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. 기타 적용 가능한 기술

IC 전원 공급 장치의 과도 전압 오버슈트를 줄이려면 IC 칩에 디커플링 커패시터를 추가해야 합니다. 이것은 버(burr)가 전원 공급 장치에 미치는 영향을 효과적으로 제거하고 인쇄 기판의 전원 루프에서 방출되는 복사를 줄입니다.

버 스무딩 효과는 디커플링 커패시터가 전원 공급 장치 레이어보다 집적 회로의 전원 공급 장치 레그에 직접 연결될 때 가장 좋습니다. 이것이 일부 장치의 소켓에 디커플링 커패시터가 있는 반면 다른 디바이스는 디커플링 커패시터와 디바이스 사이의 거리가 충분히 작아야 하는 이유입니다.

모든 고속 및 고전력 소비 장치는 전원 공급 장치 전압의 일시적인 오버슈트를 줄이기 위해 가능한 한 함께 배치해야 합니다.

전원 레이어가 없으면 긴 전원 라인이 신호와 루프 사이에 루프를 형성하여 방사 소스와 유도 회로 역할을 합니다.

동일한 네트워크 케이블 또는 다른 케이블을 통과하지 않는 루프를 형성하는 케이블을 개방 루프라고 합니다. 루프가 동일한 네트워크 케이블을 통과하면 다른 경로가 폐쇄 루프를 형성합니다. 두 경우 모두 안테나 효과(라인 안테나 및 링 안테나)가 발생할 수 있습니다.