Como evitar o efeito da linha de transmissão em design de PCB de alta velocidade?

Como evitar o efeito da linha de transmissão em PCB de alta velocidade equipe

1. Métodos para suprimir a interferência eletromagnética

Uma boa solução para o problema de integridade do sinal melhorará a compatibilidade eletromagnética (EMC) da placa PCB. Uma das mais importantes é garantir que a placa PCB tenha um bom aterramento. Uma camada de sinal com uma camada de solo é um método muito eficaz para projetos complexos. Além disso, minimizar a densidade do sinal da camada mais externa da placa de circuito também é uma boa maneira de reduzir a radiação eletromagnética. Este método pode ser alcançado usando o design de PCB de “construção” da tecnologia de “área de superfície”. A camada de área superficial é obtida adicionando uma combinação de finas camadas de isolamento e microporos usados ​​para penetrar essas camadas em um PCB de processo geral. A resistência e a capacitância podem ser enterradas sob a superfície, e a densidade linear por unidade de área é quase duplicada, reduzindo assim o volume do PCB. A redução da área do PCB tem um grande impacto na topologia do roteamento, o que significa que o loop de corrente é reduzido, o comprimento do roteamento do ramal é reduzido e a radiação eletromagnética é aproximadamente proporcional à área do loop de corrente; 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. Os chips de circuito integrado de alta velocidade de clock comumente usados ​​hoje são ainda mais problemáticos. Existem alguns princípios básicos para resolver esse problema: se circuitos CMOS ou TTL forem usados ​​para o projeto, a frequência de operação é menor que 10 MHz e o comprimento da fiação não deve ser maior que 7 polegadas. 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. O comprimento máximo da fiação para chips GaAs deve ser 0.3 polegadas. Se esse valor for excedido, há um problema na linha de transmissão.

3. Planeje adequadamente a topologia do cabeamento

Outra maneira de resolver o efeito da linha de transmissão é escolher o caminho de roteamento correto e a topologia do terminal. A topologia de cabeamento se refere à seqüência de cabeamento e estrutura de um cabo de rede. Quando dispositivos lógicos de alta velocidade são usados, o sinal com bordas que mudam rapidamente será distorcido pelas ramificações do tronco do sinal, a menos que o comprimento da ramificação seja mantido muito curto. Em geral, o roteamento de PCB adota duas topologias básicas, ou seja, roteamento em cadeia e distribuição em estrela.

Para a fiação em cadeia, a fiação começa na extremidade do driver e chega a cada extremidade de recebimento, por sua vez. Se um resistor em série for usado para alterar as características do sinal, a posição do resistor em série deve estar próxima ao lado acionado. O cabeamento em cadeia é o melhor no controle da alta interferência harmônica do cabeamento. No entanto, esse tipo de fiação tem a menor taxa de transmissão e não é fácil de passar de 100%. No projeto real, queremos fazer com que o comprimento do ramal na fiação da Daisy seja o mais curto possível, e o valor do comprimento seguro deve ser: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Por exemplo, extremidades de ramais em circuitos TTL de alta velocidade devem ter menos de 1.5 polegadas de comprimento. Esta topologia ocupa menos espaço de fiação e pode ser terminada por um único resistor correspondente. No entanto, esta estrutura de fiação faz com que o sinal recebido em diferentes receptores de sinal não seja síncrono.

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. Usar o cabeamento automático é a melhor maneira de completar o cabeamento estrela. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Isso pode ser feito manualmente ou por meio de ferramentas CAD para calcular os valores de impedância característica e os valores de resistência de casamento do terminal.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. A primeira opção é o terminal de correspondência RC. Os terminais correspondentes RC podem reduzir o consumo de energia, mas só podem ser usados ​​quando a operação do sinal é relativamente estável. Este método é mais adequado para processamento de correspondência de sinal de linha de clock. A desvantagem é que a capacitância no terminal de casamento RC pode afetar a forma e a velocidade de propagação do sinal.

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. O terminal de casamento do resistor em série também tem a vantagem de reduzir o número de dispositivos usados ​​na placa e a densidade das conexões.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Sua vantagem é que ele não puxa o sinal para baixo, e pode ser muito bom para evitar ruídos. Normalmente usado para sinais de entrada TTL (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.

No modo de montagem vertical, a resistência possui um pino de montagem curto, o que reduz a resistência térmica entre a resistência e a placa de circuito e faz com que o calor da resistência seja mais facilmente emitido para o ar. Mas uma instalação vertical mais longa aumentará a indutância do resistor. A instalação horizontal tem indutância inferior devido à instalação inferior. 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. Outras tecnologias aplicáveis

A fim de reduzir o excesso de tensão transiente na fonte de alimentação do IC, o capacitor de desacoplamento deve ser adicionado ao chip do IC. Isso remove efetivamente o impacto das rebarbas na fonte de alimentação e reduz a radiação do circuito de alimentação na placa impressa.

O efeito de suavização da rebarba é melhor quando o capacitor de desacoplamento é conectado diretamente à perna da fonte de alimentação do circuito integrado, em vez de à camada da fonte de alimentação. É por isso que alguns dispositivos têm capacitores de desacoplamento em seus soquetes, enquanto outros exigem que a distância entre o capacitor de desacoplamento e o dispositivo seja pequena o suficiente.

Todos os dispositivos de alta velocidade e alto consumo de energia devem ser colocados juntos, tanto quanto possível, para reduzir o excesso de transiente da tensão da fonte de alimentação.

Sem uma camada de energia, longas linhas de energia formam um loop entre o sinal e o loop, servindo como uma fonte de radiação e um circuito indutivo.

O cabeamento que forma um loop que não passa pelo mesmo cabo de rede ou outro cabeamento é denominado loop aberto. Se o loop passar pelo mesmo cabo de rede, outras rotas formarão um loop fechado. Em ambos os casos, o efeito de antena (antena de linha e antena de anel) pode ocorrer.