Jak uniknąć efektu linii transmisyjnej w? szybka płytka drukowana projekt

1. Metody tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych

Dobre rozwiązanie problemu integralności sygnału poprawi kompatybilność elektromagnetyczną (EMC) płytki PCB. Jednym z najważniejszych jest zapewnienie dobrego uziemienia płytki PCB. Warstwa sygnałowa z warstwą uziemienia to bardzo skuteczna metoda kompleksowego projektowania. Ponadto minimalizacja gęstości sygnału w najbardziej zewnętrznej warstwie płytki drukowanej jest również dobrym sposobem na zmniejszenie promieniowania elektromagnetycznego. Ta metoda może być osiągnięta poprzez wykorzystanie technologii „obszar powierzchni” do projektowania PCB. Warstwę powierzchniową uzyskuje się przez dodanie kombinacji cienkich warstw izolacyjnych i mikroporów używanych do penetracji tych warstw na PCB ogólnego procesu. Rezystancja i pojemność mogą być ukryte pod powierzchnią, a gęstość liniowa na jednostkę powierzchni jest prawie podwojona, zmniejszając w ten sposób objętość PCB. Zmniejszenie powierzchni PCB ma ogromny wpływ na topologię trasowania, co oznacza, że ​​pętla prądowa jest zmniejszona, długość trasowania odgałęzień jest zmniejszona, a promieniowanie elektromagnetyczne jest w przybliżeniu proporcjonalne do powierzchni pętli prądowej; Jednocześnie charakterystyka małych rozmiarów oznacza, że ​​można stosować pakiety pinów o dużej gęstości, co z kolei zmniejsza długość przewodu, zmniejszając w ten sposób pętlę prądową i poprawiając charakterystykę EMC.

2. Ściśle kontroluj długość kluczowych kabli sieciowych

Jeśli projekt ma krawędź skoku o dużej prędkości, należy wziąć pod uwagę efekt linii transmisyjnej na płytce drukowanej. Jeszcze bardziej problematyczne są powszechnie stosowane obecnie układy scalone o wysokiej częstotliwości taktowania. Istnieje kilka podstawowych zasad rozwiązania tego problemu: jeśli do projektowania wykorzystywane są obwody CMOS lub TTL, częstotliwość robocza jest mniejsza niż 10 MHz, a długość okablowania nie powinna być większa niż 7 cali. Jeśli częstotliwość robocza wynosi 50 MHz, długość kabla nie powinna być większa niż 1.5 cala. Długość okablowania powinna wynosić 1 cal, jeśli częstotliwość robocza osiąga lub przekracza 75 MHz. Maksymalna długość przewodów dla chipów GaAs powinna wynosić 0.3 cala. Przekroczenie tej wartości oznacza problem z linią transmisyjną.

3. Właściwie zaplanuj topologię okablowania

Innym sposobem rozwiązania efektu linii transmisyjnej jest wybór właściwej ścieżki routingu i topologii terminala. Topologia okablowania odnosi się do kolejności okablowania i struktury kabla sieciowego. Gdy używane są szybkie urządzenia logiczne, sygnał o szybko zmieniających się krawędziach będzie zniekształcany przez gałęzie pnia sygnału, chyba że długość gałęzi jest bardzo krótka. Ogólnie rzecz biorąc, routing PCB przyjmuje dwie podstawowe topologie, a mianowicie routing Daisy Chain i dystrybucję Star.

W przypadku okablowania łańcuchowego okablowanie zaczyna się na końcu sterownika i kolejno dociera do każdego końca odbiorczego. Jeśli rezystor szeregowy jest używany do zmiany charakterystyki sygnału, pozycja rezystora szeregowego powinna być zbliżona do końca napędzającego. Okablowanie Daisy Chain jest najlepsze w kontrolowaniu wysokich harmonicznych zakłóceń okablowania. Jednak ten rodzaj okablowania ma najniższą szybkość transmisji i nie jest łatwy do przejścia w 100%. W rzeczywistym projekcie chcemy, aby długość rozgałęzienia w okablowaniu łańcuchowym była jak najkrótsza, a bezpieczna wartość długości powinna wynosić: Opóźnienie odgałęzienia < = Trt * 0.1.

Na przykład końce rozgałęzień w szybkich obwodach TTL powinny mieć długość mniejszą niż 1.5 cala. Ta topologia zajmuje mniej miejsca na okablowanie i może być zakończona jednym dopasowanym rezystorem. Jednak ta struktura okablowania sprawia, że ​​sygnał odbierany przez inny odbiornik sygnału nie jest synchroniczny.

Topologia gwiazdy może skutecznie uniknąć problemu synchronizacji sygnału zegara, ale bardzo trudno jest ręcznie zakończyć okablowanie na płytce drukowanej o dużej gęstości. Korzystanie z automatycznego okablowania to najlepszy sposób na wykonanie okablowania w gwiazdę. Na każdej gałęzi wymagany jest rezystor końcowy. Wartość rezystancji zacisków powinna odpowiadać impedancji charakterystycznej przewodu. Można to zrobić ręcznie lub za pomocą narzędzi CAD, aby obliczyć wartości impedancji charakterystycznej i wartości rezystancji dopasowania zacisków.

Podczas gdy w dwóch powyższych przykładach zastosowano proste rezystory końcowe, bardziej złożony zacisk pasujący jest w praktyce opcjonalny. Pierwsza opcja to terminal meczowy RC. Zaciski dopasowujące RC mogą zmniejszyć zużycie energii, ale mogą być używane tylko wtedy, gdy działanie sygnału jest stosunkowo stabilne. Ta metoda jest najbardziej odpowiednia do przetwarzania dopasowywania sygnału linii zegara. Wadą jest to, że pojemność w zacisku dopasowującym RC może wpływać na kształt i prędkość propagacji sygnału.

Zacisk dopasowujący rezystor szeregowy nie powoduje dodatkowego zużycia energii, ale spowalnia transmisję sygnału. To podejście jest stosowane w obwodach sterowanych magistralą, w których opóźnienia czasowe nie są znaczące. Zacisk dopasowujący rezystor szeregowy ma również tę zaletę, że zmniejsza liczbę urządzeń wykorzystywanych na płytce i gęstość połączeń.

Ostatnią metodą jest oddzielenie pasującego terminala, w którym pasujący element musi być umieszczony w pobliżu końcówki odbiorczej. Jego zaletą jest to, że nie zabiera sygnału i może być bardzo dobry w unikaniu szumów. Zwykle używany dla sygnałów wejściowych TTL (ACT, HCT, FAST).

Ponadto należy wziąć pod uwagę rodzaj obudowy i rodzaj instalacji rezystora dopasowującego zaciski. Rezystory do montażu powierzchniowego SMD na ogół mają niższą indukcyjność niż elementy przewlekane, dlatego preferowane są elementy obudowy SMD. Istnieją również dwa tryby instalacji zwykłych rezystorów wtykowych prostych: pionowy i poziomy.

W trybie montażu pionowego rezystancja ma krótki kołek montażowy, co zmniejsza opór cieplny pomiędzy rezystancją a płytką drukowaną i sprawia, że ​​ciepło rezystancji jest łatwiej oddawane do powietrza. Ale dłuższa instalacja pionowa zwiększy indukcyjność rezystora. Montaż poziomy ma niższą indukcyjność ze względu na niższą instalację. Jednak przegrzana rezystancja będzie dryfować, aw najgorszym przypadku rezystancja zostanie otwarta, co spowoduje, że zakończenie okablowania płytki drukowanej nie będzie pasować, co stanie się potencjalnym czynnikiem awarii.

4. Inne mające zastosowanie technologie

Aby zredukować przejściowe przeregulowanie napięcia na zasilaczu układu scalonego, do układu scalonego należy dodać kondensator odsprzęgający. To skutecznie usuwa wpływ zadziorów na zasilacz i zmniejsza promieniowanie z pętli zasilania na płytce drukowanej.

Efekt wygładzania zadziorów jest najlepszy, gdy kondensator odsprzęgający jest podłączony bezpośrednio do odnogi zasilającej układu scalonego, a nie do warstwy zasilającej. Dlatego niektóre urządzenia mają w gniazdach kondensatory odsprzęgające, podczas gdy inne wymagają, aby odległość pomiędzy kondensatorem odsprzęgającym a urządzeniem była odpowiednio mała.

Wszelkie urządzenia o dużej prędkości i wysokim poborze mocy powinny być umieszczone razem, o ile to możliwe, aby zredukować przejściowe przepięcia napięcia zasilania.

Bez warstwy zasilającej długie linie energetyczne tworzą pętlę między sygnałem a pętlą, służąc jako źródło promieniowania i obwód indukcyjny.

Okablowanie tworzące pętlę, która nie przechodzi przez ten sam kabel sieciowy lub inne okablowanie, nazywa się pętlą otwartą. Jeśli pętla przechodzi przez ten sam kabel sieciowy, inne trasy tworzą zamkniętą pętlę. W obu przypadkach może wystąpić efekt antenowy (antena liniowa i antena pierścieniowa).