Kā izvairīties no pārvades līnijas efekta ātrgaitas PCB dizains

1. Elektromagnētisko traucējumu novēršanas metodes

Labs signāla integritātes problēmas risinājums uzlabos PCB plates elektromagnētisko savietojamību (EMC). Viens no vissvarīgākajiem ir nodrošināt, lai PCB plāksnei būtu labs zemējums. Signāla slānis ar zemes slāni ir ļoti efektīva metode sarežģītai konstrukcijai. Turklāt shēmas plates ārējā slāņa signāla blīvuma samazināšana ir arī labs veids, kā samazināt elektromagnētisko starojumu. Šo metodi var sasniegt, izmantojot “virsmas laukuma” tehnoloģijas “uzkrāšanās” PCB dizainu. Virsmas slāni panāk, pievienojot plānu izolācijas slāņu un mikroporu kombināciju, ko izmanto, lai iekļūtu šajos slāņos uz vispārēja procesa PCB. Pretestību un kapacitāti var aprakt zem virsmas, un lineārais blīvums uz laukuma vienību ir gandrīz divkāršots, tādējādi samazinot PCB tilpumu. PCB laukuma samazināšanai ir milzīga ietekme uz maršrutēšanas topoloģiju, kas nozīmē, ka tiek samazināta strāvas cilpa, samazināts filiāles maršrutēšanas garums un elektromagnētiskais starojums ir aptuveni proporcionāls strāvas cilpas laukumam; 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. Mūsdienās plaši izmantotās ātrās integrētās shēmas mikroshēmas ar augstu pulksteņa ātrumu ir vēl problemātiskākas. Šīs problēmas risināšanai ir daži pamatprincipi: ja projektēšanai tiek izmantotas CMOS vai TTL shēmas, darba frekvence ir mazāka par 10MHz, un vadu garums nedrīkst pārsniegt 7 collas. 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 mikroshēmu maksimālajam vadu garumam jābūt 0.3 collām. Ja tas tiek pārsniegts, rodas pārvades līnijas problēma.

3. Pareizi plānot kabeļu topoloģiju

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Kabeļu topoloģija attiecas uz kabeļu secību un tīkla kabeļa struktūru. Ja tiek izmantotas ātrgaitas loģikas ierīces, signālu ar strauji mainīgām malām izkropļos signāla stumbra zari, ja vien atzarojuma garums netiks saglabāts ļoti īss. Kopumā PCB maršrutēšanā tiek izmantotas divas pamata topoloģijas, proti, margrietiņas ķēdes maršrutēšana un zvaigžņu izplatīšana.

Daisy ķēdes elektroinstalācijai elektroinstalācija sākas no vadītāja gala un sasniedz katru saņemšanas galu pēc kārtas. Ja sērijas rezistors tiek izmantots, lai mainītu signāla raksturlielumus, sērijas rezistora stāvoklim jābūt tuvu piedziņas galam. Daisy ķēdes kabeļi vislabāk kontrolē kabeļu harmoniskos traucējumus. Tomēr šāda veida elektroinstalācijai ir zemākais pārraides ātrums, un to nav viegli nodot 100%. Faktiskajā dizainā mēs vēlamies, lai atzarojuma garums Daisy ķēdes vadā būtu pēc iespējas īsāks, un drošā garuma vērtībai vajadzētu būt: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Piemēram, zaru galiem ātrgaitas TTL ķēdēs jābūt mazākiem par 1.5 collām. Šī topoloģija aizņem mazāk elektroinstalācijas vietas, un to var izbeigt, izmantojot vienu rezistoru. Tomēr šī elektroinstalācijas struktūra padara signāla uztveršanu dažādos signāla uztvērējos nesinhronus.

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. Automātiskā kabeļtelevīzijas izmantošana ir labākais veids, kā pabeigt zvaigžņu kabeļus. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. To var izdarīt manuāli vai izmantojot CAD rīkus, lai aprēķinātu raksturīgās pretestības vērtības un termināļu atbilstības pretestības vērtības.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Pirmā iespēja ir RC spēles terminālis. RC atbilstošie termināļi var samazināt enerģijas patēriņu, bet tos var izmantot tikai tad, ja signāla darbība ir salīdzinoši stabila. Šī metode ir vispiemērotākā pulksteņa līnijas signālu atbilstības apstrādei. Trūkums ir tāds, ka RC saskaņošanas termināļa kapacitāte var ietekmēt signāla formu un izplatīšanās ātrumu.

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. Sērijas rezistoru atbilstības terminālim ir arī priekšrocība, jo tiek samazināts uz tāfeles izmantoto ierīču skaits un savienojumu blīvums.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Tās priekšrocība ir tā, ka tas nenovirzīs signālu un var būt ļoti labs, lai izvairītos no trokšņa. Parasti izmanto TTL ievades signāliem (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.

Vertikālā montāžas režīmā pretestībai ir īsa stiprinājuma tapa, kas samazina termisko pretestību starp pretestību un shēmas plati un padara pretestības siltumu vieglāk izplūstošu gaisā. Bet garāka vertikāla uzstādīšana palielinās rezistora induktivitāti. Horizontālai instalācijai ir zemāka induktivitāte zemākas uzstādīšanas dēļ. 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. Citas piemērojamās tehnoloģijas

Lai samazinātu pārejošu sprieguma pārsniegumu IC barošanas avotā, IC mikroshēmai jāpievieno atvienošanas kondensators. Tas efektīvi novērš izciļņu ietekmi uz barošanas avotu un samazina starojumu no strāvas cilpas uz drukātās plāksnes.

Burr izlīdzināšanas efekts ir vislabākais, ja atdalīšanas kondensators ir pievienots tieši integrētās shēmas barošanas blokam, nevis barošanas slānim. Šī iemesla dēļ dažu ierīču ligzdās ir atvienojami kondensatori, bet citās ir nepieciešams, lai attālums starp atvienošanas kondensatoru un ierīci būtu pietiekami mazs.

Visas ātrgaitas un lielas enerģijas patēriņa ierīces pēc iespējas jānovieto kopā, lai samazinātu strāvas padeves sprieguma pārejošu pārsniegšanu.

Bez strāvas slāņa garas elektrolīnijas veido cilpu starp signālu un cilpu, kas kalpo kā starojuma avots un induktīvā ķēde.

Kabeļus, kas veido cilpu, kas neiziet caur to pašu tīkla kabeli vai citu kabeļu, sauc par atvērtu cilpu. Ja cilpa iet caur to pašu tīkla kabeli, citi maršruti veido slēgtu cilpu. Abos gadījumos var rasties antenas efekts (līnijas antena un gredzena antena).