Hvordan unngå overføringslinjeeffekt i høyhastighets PCB utforming

1. Metoder for å undertrykke elektromagnetisk interferens

En god løsning på signalintegritetsproblemet vil forbedre den elektromagnetiske kompatibiliteten (EMC) til kretskortet. En av de viktigste er å sikre at kretskortet har god jording. Et signallag med et grunnlag er en veldig effektiv metode for kompleks design. I tillegg er minimering av signaltettheten til det ytterste laget av kretskortet også en god måte å redusere elektromagnetisk stråling. Denne metoden kan oppnås ved å bruke “overflate” -teknologien “bygge opp” PCB-design. Overflatelaget oppnås ved å legge til en kombinasjon av tynne isolasjonslag og mikroporer som brukes til å trenge gjennom disse lagene på en generell prosess-PCB. Motstanden og kapasitansen kan begraves under overflaten, og den lineære tettheten per arealenhet er nesten doblet, og reduserer dermed PCB -volumet. Reduksjonen av PCB -området har en stor innvirkning på topologien for ruting, noe som betyr at strømsløyfen reduseres, lengden på grenruting blir redusert og den elektromagnetiske strålingen er omtrent proporsjonal med arealet til strømløkken; 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. Den høye klokkefrekvensen, integrerte kretsbrikker som vanligvis brukes i dag, er enda mer problematisk. Det er noen grunnleggende prinsipper for å løse dette problemet: Hvis CMOS- eller TTL -kretser brukes til design, er driftsfrekvensen mindre enn 10MHz, og ledningslengden bør ikke være større enn 7 tommer. 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. Maksimal ledningslengde for GaAs -brikker skal være 0.3 tommer. Hvis dette overskrides, er det et overføringslinjeproblem.

3. Planlegg topologien for kabling riktig

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Kabeltopologien refererer til kabelsekvensen og strukturen til en nettverkskabel. Når høyhastighets logiske enheter brukes, vil signalet med raskt skiftende kanter bli forvrengt av signalstammens grener med mindre grenlengden holdes veldig kort. Generelt vedtar PCB -ruting to grunnleggende topologier, nemlig Daisy Chain routing og Star distribution.

For ledninger i daisy chain starter ledninger i førerenden og når hver mottakerende etter tur. Hvis en seriemotstand brukes til å endre signalegenskapene, bør posisjonen til seriemotstanden være nær drivenden. Daisy chain kabling er den beste når det gjelder å kontrollere den høye harmoniske forstyrrelsen av kabling. Imidlertid har denne typen ledninger den laveste overføringshastigheten og er ikke lett å passere 100%. I selve designen ønsker vi å gjøre grenlengden i Daisy kjedeledninger så kort som mulig, og den sikre lengdeverdien bør være: Stub Delay < = Trt * 0.1.

For eksempel bør grenender i høyhastighets TTL-kretser være mindre enn 1.5 tommer lange. Denne topologien tar mindre ledningsplass og kan avsluttes med en enkelt motstandsmatching. Denne ledningsstrukturen gjør imidlertid at signalmottaket ved forskjellige signalmottakere ikke er synkront.

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. Å bruke automatisk kabel er den beste måten å fullføre stjernekabling på. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Dette kan gjøres manuelt eller gjennom CAD -verktøy for å beregne karakteristiske impedansverdier og terminalmotstandsverdier.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Det første alternativet er RC -matchterminalen. RC -matchende terminaler kan redusere strømforbruket, men kan bare brukes når signaloperasjonen er relativt stabil. Denne metoden er mest egnet for behandling av klokkelinjesignal. Ulempen er at kapasitansen i RC -matchende terminal kan påvirke signalets form og forplantningshastighet.

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. Seriemotstandstilpasningsterminalen har også fordelen av å redusere antall enheter som brukes på kortet og tettheten av tilkoblinger.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Fordelen er at det ikke vil trekke ned signalet, og kan være veldig bra for å unngå støy. Vanligvis brukt for TTL -inngangssignaler (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.

I vertikal monteringsmodus har motstanden en kort festepinne, som reduserer den termiske motstanden mellom motstanden og kretskortet og gjør motstandsvarmen lettere avgitt til luften. Men en lengre vertikal installasjon vil øke motstandens induktans. Horisontal installasjon har lavere induktans på grunn av lavere installasjon. 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. Andre gjeldende teknologier

For å redusere forbigående spenningsoverskridelse på IC -strømforsyningen, bør avkoblingskondensator legges til IC -brikken. Dette fjerner effektivt virkningen av grater på strømforsyningen og reduserer strålingen fra strømsløyfen på det trykte kortet.

Burr -utjevningseffekten er best når frakoblingskondensatoren er koblet direkte til strømforsyningsbenet i den integrerte kretsen i stedet for til strømforsyningslaget. Dette er grunnen til at noen enheter har frakoblingskondensatorer i stikkontaktene, mens andre krever at avstanden mellom frakoblingskondensatoren og enheten er liten nok.

Alle enheter med høy hastighet og høyt strømforbruk bør plasseres så langt som mulig for å redusere forbigående overskridelse av strømforsyningsspenningen.

Uten et kraftlag danner lange kraftledninger en sløyfe mellom signalet og sløyfen, som fungerer som en kilde til stråling og en induktiv krets.

Kabling som danner en sløyfe som ikke går gjennom den samme nettverkskabelen eller annen kabling kalles åpen sløyfe. Hvis sløyfen går gjennom den samme nettverkskabelen, danner andre ruter en lukket sløyfe. I begge tilfeller kan antenneeffekten (linjeantenne og ringantenne) forekomme.