Как избежать эффекта ЛЭП в высокоскоростная печатная плата дизайн

1. Методы подавления электромагнитных помех

Хорошее решение проблемы целостности сигнала улучшит электромагнитную совместимость (ЭМС) печатной платы. Один из самых важных – обеспечить хорошее заземление печатной платы. Сигнальный слой с заземляющим слоем – очень эффективный метод для сложного проектирования. Кроме того, минимизация плотности сигнала самого внешнего слоя печатной платы также является хорошим способом уменьшить электромагнитное излучение. Этот метод может быть реализован за счет использования технологии «наращивания площади поверхности» при проектировании печатной платы. Слой поверхности достигается путем добавления комбинации тонких изоляционных слоев и микропор, используемых для проникновения в эти слои на печатной плате общего назначения. Сопротивление и емкость могут быть скрыты под поверхностью, а линейная плотность на единицу площади почти удваивается, тем самым уменьшая объем печатной платы. Уменьшение площади печатной платы оказывает огромное влияние на топологию маршрутизации, что означает, что токовая петля уменьшается, длина разводки ответвлений уменьшается, а электромагнитное излучение приблизительно пропорционально площади токовой петли; 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. Часто используемые сегодня быстрые интегральные микросхемы с высокой тактовой частотой создают еще большие проблемы. Есть несколько основных принципов решения этой проблемы: если для проектирования используются схемы CMOS или TTL, рабочая частота составляет менее 10 МГц, а длина проводки не должна превышать 7 дюймов. 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. Максимальная длина проводки для чипов GaAs должна составлять 0.3 дюйма. Если это превышено, возникла проблема с линией передачи.

3. Правильно спланируйте топологию разводки кабелей.

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Топология кабельной разводки относится к последовательности и структуре сетевого кабеля. Когда используются высокоскоростные логические устройства, сигнал с быстро меняющимися фронтами будет искажаться ответвлениями магистрали сигнала, если длина ответвления не сохраняется очень короткой. В общем, маршрутизация печатной платы использует две основные топологии, а именно маршрутизацию гирляндной цепи и звездообразное распределение.

Для последовательного подключения проводка начинается со стороны драйвера и по очереди достигает каждого принимающего конца. If a series resistor is used to change the signal characteristics, the position of the series resistor should be close to the driving end. Кабельная система с последовательным подключением – лучший способ контролировать высокие гармонические помехи в кабельной разводке. Однако у такого типа проводки самая низкая скорость передачи, и ее нелегко пройти на 100%. В реальной конструкции мы хотим сделать длину ответвления в гирляндной цепи как можно короче, а безопасное значение длины должно быть: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Например, концы ответвлений в высокоскоростных цепях TTL должны быть менее 1.5 дюймов в длину. Эта топология занимает меньше места для проводки и может быть завершена согласованием одного резистора. Однако такая структура разводки делает прием сигнала разными приемниками несинхронным.

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. Использование автоматического кабеля – лучший способ завершить разводку кабеля звездой. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Это можно сделать вручную или с помощью инструментов САПР для расчета значений характеристического импеданса и значений согласованного сопротивления клемм.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Первый вариант – это контрольный терминал RC. RC-согласующие клеммы могут снизить энергопотребление, но могут использоваться только при относительно стабильной работе сигнала. Этот метод больше всего подходит для обработки согласования сигналов линии синхронизации. Недостатком является то, что емкость согласующего вывода RC может влиять на форму и скорость распространения сигнала.

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. Клемма согласования последовательного резистора также имеет то преимущество, что сокращает количество устройств, используемых на плате, и плотность соединений.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Его преимущество в том, что он не снижает уровень сигнала и может быть очень хорош, чтобы избежать шума. Обычно используется для входных сигналов 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.

В режиме вертикального монтажа сопротивление имеет короткий монтажный штифт, который снижает тепловое сопротивление между сопротивлением и печатной платой и облегчает отвод тепла от сопротивления в воздух. But a longer vertical installation will increase the inductance of the resistor. Horizontal installation has lower inductance due to lower installation. 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. Другие применимые технологии

Чтобы уменьшить выбросы переходных напряжений в источнике питания ИС, в микросхему ИС следует добавить развязывающий конденсатор. Это эффективно устраняет влияние заусенцев на блок питания и снижает излучение от силового контура на печатной плате.

Эффект сглаживания заусенцев лучше всего, когда развязывающий конденсатор подключен непосредственно к ветви источника питания интегральной схемы, а не к слою источника питания. Вот почему некоторые устройства имеют в разъемах развязывающие конденсаторы, в то время как другие требуют, чтобы расстояние между развязывающим конденсатором и устройством было достаточно небольшим.

Любые высокоскоростные устройства с высоким энергопотреблением должны быть размещены вместе, насколько это возможно, чтобы уменьшить переходные выбросы напряжения источника питания.

Без слоя питания длинные силовые линии образуют петлю между сигналом и петлей, служащую источником излучения и индуктивной цепью.

Кабели, образующие петлю, которая не проходит через один и тот же сетевой кабель или другие кабели, называется разомкнутой петлей. If the loop passes through the same network cable, other routes form a closed loop. In both cases, the antenna effect (line antenna and ring antenna) can occur.