Hoe transmissielijneffect te vermijden in snelle printplaat Design

1. Methoden om elektromagnetische interferentie te onderdrukken

Een goede oplossing voor het signaalintegriteitsprobleem zal de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) van de printplaat verbeteren. Een van de belangrijkste is ervoor te zorgen dat de printplaat goed is geaard. Een signaallaag met een grondlaag is een zeer effectieve methode voor complex ontwerp. Bovendien is het minimaliseren van de signaaldichtheid van de buitenste laag van de printplaat ook een goede manier om elektromagnetische straling te verminderen. Deze methode kan worden bereikt door gebruik te maken van de “surface area”-technologie “build-up” PCB-ontwerp. De oppervlaktelaag wordt bereikt door een combinatie van dunne isolatielagen en microporiën toe te voegen die worden gebruikt om deze lagen op een PCB voor algemeen proces te penetreren. De weerstand en capaciteit kunnen onder het oppervlak worden begraven en de lineaire dichtheid per oppervlakte-eenheid wordt bijna verdubbeld, waardoor het volume van de PCB wordt verminderd. De vermindering van het PCB-gebied heeft een enorme impact op de topologie van de routering, wat betekent dat de huidige lus wordt verkleind, de lengte van de vertakkingsroutering wordt verminderd en de elektromagnetische straling ongeveer evenredig is met het gebied van de huidige lus; Tegelijkertijd zorgen de kleine kenmerken ervoor dat pinpakketten met hoge dichtheid kunnen worden gebruikt, wat op zijn beurt de lengte van de draad vermindert, waardoor de stroomlus wordt verminderd en de emc-kenmerken worden verbeterd.

2. Controleer strikt de kabellengtes van belangrijke netwerkkabels

Als het ontwerp een sprongrand met hoge snelheid heeft, moet rekening worden gehouden met het transmissielijneffect op de PCB. De hoge kloksnelheid snelle geïntegreerde circuitchips die tegenwoordig vaak worden gebruikt, zijn zelfs nog problematischer. Er zijn enkele basisprincipes om dit probleem op te lossen: als CMOS- of TTL-circuits worden gebruikt voor het ontwerp, is de werkfrequentie minder dan 10 MHz en mag de bedradingslengte niet groter zijn dan 7 inch. Als de werkfrequentie 50 MHz is, mag de kabellengte niet groter zijn dan 1.5 inch. De lengte van de bedrading moet 1 inch zijn als de werkfrequentie 75 MHz bereikt of overschrijdt. De maximale bedradingslengte voor GaAs-chips moet 0.3 inch zijn. Als dit wordt overschreden, is er een probleem met de transmissielijn.

3. Plan de topologie van de bekabeling goed

Een andere manier om het transmissielijneffect op te lossen, is door het juiste routeringspad en de terminaltopologie te kiezen. De bekabelingtopologie verwijst naar de bekabelingsvolgorde en structuur van een netwerkkabel. Wanneer logische apparaten met hoge snelheid worden gebruikt, zal het signaal met snel veranderende flanken worden vervormd door de vertakkingen van de signaalstam, tenzij de vertakkingslengte erg kort wordt gehouden. Over het algemeen gebruikt PCB-routing twee basistopologieën, namelijk Daisy Chain-routing en Star-distributie.

Voor daisy-chain-bedrading begint de bedrading aan het uiteinde van de driver en bereikt elk ontvangend uiteinde op zijn beurt. Als een serieweerstand wordt gebruikt om de signaalkarakteristieken te wijzigen, moet de positie van de serieweerstand dicht bij het aandrijfeinde zijn. Daisy chain-bekabeling is de beste manier om de hoge harmonische interferentie van bekabeling te beheersen. Dit soort bedrading heeft echter de laagste transmissiesnelheid en is niet gemakkelijk om 100% te passeren. In het eigenlijke ontwerp willen we de aftakkingslengte in Daisy Chain-bedrading zo kort mogelijk maken, en de veilige lengtewaarde moet zijn: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Aftakkingen in high-speed TTL-circuits moeten bijvoorbeeld minder dan 1.5 inch lang zijn. Deze topologie neemt minder bedradingsruimte in beslag en kan worden afgesloten door een enkele weerstandsaanpassing. Deze bedradingsstructuur zorgt er echter voor dat het signaal dat bij verschillende signaalontvangers wordt ontvangen niet synchroon is.

De stertopologie kan het probleem van kloksignaalsynchronisatie effectief vermijden, maar het is erg moeilijk om de bedrading handmatig op de PCB met hoge dichtheid af te werken. Het gebruik van automatische bekabeling is de beste manier om sterbekabeling te voltooien. Op elke tak is een afsluitweerstand vereist. De waarde van de klemweerstand moet overeenkomen met de karakteristieke impedantie van de draad. Dit kan handmatig of via CAD-tools worden gedaan om de karakteristieke impedantiewaarden en aansluitweerstandswaarden te berekenen.

Terwijl in de twee bovenstaande voorbeelden eenvoudige eindweerstanden worden gebruikt, is in de praktijk een meer complexe bijpassende klem optioneel. De eerste optie is de RC-wedstrijdterminal. RC-aansluitingen kunnen het stroomverbruik verminderen, maar kunnen alleen worden gebruikt als de signaalwerking relatief stabiel is. Deze methode is het meest geschikt voor verwerking van kloklijnsignaalaanpassing. Het nadeel is dat de capaciteit in de RC-aansluitklem de vorm en voortplantingssnelheid van het signaal kan beïnvloeden.

De aansluitklem voor de serieweerstand vereist geen extra stroomverbruik, maar vertraagt ​​de signaaloverdracht. Deze benadering wordt gebruikt in busgestuurde circuits waar tijdvertragingen niet significant zijn. De aansluitklem voor serieweerstand heeft ook het voordeel dat het aantal apparaten dat op het bord wordt gebruikt en de dichtheid van verbindingen wordt verminderd.

De laatste methode is om de bijpassende terminal te scheiden, waarin het bijpassende element in de buurt van de ontvangende kant moet worden geplaatst. Het voordeel is dat het het signaal niet naar beneden trekt, en het kan heel goed zijn om ruis te voorkomen. Meestal gebruikt voor TTL-ingangssignalen (ACT, HCT, FAST).

Bovendien moet rekening worden gehouden met het pakkettype en het installatietype van de aansluitweerstand. SMD-weerstanden voor opbouwmontage hebben over het algemeen een lagere inductantie dan componenten met doorlopende gaten, dus SMD-pakketcomponenten hebben de voorkeur. Er zijn ook twee installatiemodi voor gewone rechte plugweerstanden: verticaal en horizontaal.

In verticale montagemodus heeft de weerstand een korte montagepen, die de thermische weerstand tussen de weerstand en de printplaat vermindert en de weerstandswarmte gemakkelijker in de lucht afgeeft. Maar een langere verticale installatie zal de inductantie van de weerstand verhogen. Horizontale installatie heeft een lagere inductantie als gevolg van een lagere installatie. De oververhitte weerstand zal echter afdrijven en in het ergste geval zal de weerstand open worden, wat resulteert in het mislukken van de afstemming van de bedrading van de PCB, wat een potentiële faalfactor wordt.

4. Andere toepasbare technologieën

Om transiënte spanningsoverschrijding op de IC-voeding te verminderen, moet een ontkoppelingscondensator aan de IC-chip worden toegevoegd. Dit verwijdert effectief de impact van bramen op de voeding en vermindert de straling van de voedingslus op de printplaat.

Het braamafvlakkingseffect is het beste wanneer de ontkoppelcondensator rechtstreeks is aangesloten op de voedingspoot van de geïntegreerde schakeling in plaats van op de voedingslaag. Dit is de reden waarom sommige apparaten ontkoppelcondensatoren in hun stopcontacten hebben, terwijl andere vereisen dat de afstand tussen de ontkoppelingscondensator en het apparaat klein genoeg is.

Alle apparaten met een hoge snelheid en een hoog stroomverbruik moeten zo ver mogelijk bij elkaar worden geplaatst om voorbijgaande overschrijding van de voedingsspanning te verminderen.

Zonder een stroomlaag vormen lange stroomkabels een lus tussen het signaal en de lus, die dient als een stralingsbron en een inductieve schakeling.

Bekabeling die een lus vormt die niet door dezelfde netwerkkabel of andere bekabeling gaat, wordt open lus genoemd. Als de lus door dezelfde netwerkkabel loopt, vormen andere routes een gesloten lus. In beide gevallen kan het antenne-effect (lijnantenne en ringantenne) optreden.