Ako sa vyhnúť efektu prenosovej linky v vysokorýchlostná PCB dizajn

1. Metódy na potlačenie elektromagnetického rušenia

Dobré riešenie problému s integritou signálu zlepší elektromagnetickú kompatibilitu (EMC) dosky plošných spojov. Jednou z najdôležitejších je zaistiť dobré uzemnenie dosky plošných spojov. Signálna vrstva so základnou vrstvou je veľmi efektívna metóda pre komplexný dizajn. Minimalizácia hustoty signálu najvzdialenejšej vrstvy dosky plošných spojov je navyše tiež dobrým spôsobom, ako znížiť elektromagnetické žiarenie. Túto metódu je možné dosiahnuť použitím dizajnu „vybudovanej“ dosky plošných spojov s technológiou „povrchovej plochy“. Povrchová vrstva sa dosiahne pridaním kombinácie tenkých izolačných vrstiev a mikropórov použitých na penetráciu týchto vrstiev na PCB všeobecného postupu. Odpor a kapacitu je možné uložiť pod povrch a lineárna hustota na jednotku plochy sa takmer zdvojnásobí, čím sa zníži objem DPS. Zníženie oblasti PCB má obrovský vplyv na topológiu smerovania, čo znamená, že sa zníži prúdová slučka, zníži sa dĺžka vedenia vetiev a elektromagnetické žiarenie je približne úmerné oblasti prúdovej slučky; 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. Dnes často používané čipy s rýchlym integrovaným obvodom s vysokou taktovacou frekvenciou sú ešte problematickejšie. Na vyriešenie tohto problému existuje niekoľko základných zásad: Ak sa na návrh používajú obvody CMOS alebo TTL, prevádzková frekvencia je menšia ako 10 MHz a dĺžka vedenia by nemala byť väčšia ako 7 palcov. 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. Maximálna dĺžka vedenia pre čipy GaAs by mala byť 0.3 palca. Ak je toto prekročené, nastal problém s prenosovým vedením.

3. Správne naplánujte topológiu kabeláže

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Topológia kabeláže sa týka poradia a štruktúry kabeláže sieťového kábla. Keď sa používajú vysokorýchlostné logické zariadenia, signál s rýchlo sa meniacimi hranami bude skreslený vetvami kmeňa signálu, pokiaľ nie je dĺžka vetvy veľmi krátka. Smerovanie DPS všeobecne prijíma dve základné topológie, a to smerovanie Daisy Chain a distribúciu Star.

V prípade reťazového zapojenia sa zapojenie začína na konci vodiča a postupne sa dostane na každý prijímací koniec. If a series resistor is used to change the signal characteristics, the position of the series resistor should be close to the driving end. Reťazová kabeláž je najlepšia v riadení vysokého harmonického rušenia kabeláže. Tento druh zapojenia má však najnižšiu prenosovú rýchlosť a nie je ľahké ho zvládnuť na 100%. V skutočnom dizajne chceme, aby bola dĺžka vetvy v reťazovom zapojení Daisy čo najkratšia a bezpečná hodnota dĺžky by mala byť: Oneskorenie strniska < = Trt * 0.1.

Napríklad konce vetiev vo vysokorýchlostných obvodoch TTL by mali byť kratšie ako 1.5 palca. Táto topológia zaberá menej miesta na kabeláži a môže byť ukončená jediným zodpovedajúcim odporom. Táto štruktúra zapojenia však spôsobuje, že príjem signálu na inom prijímači signálu nie je synchrónny.

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. Použitie automatickej kabeláže je najlepší spôsob, ako dokončiť kabeláž hviezdou. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Na výpočet charakteristických hodnôt impedancie a hodnôt zhodného odporu svoriek to možno vykonať ručne alebo prostredníctvom nástrojov CAD.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Prvou možnosťou je RC zápasový terminál. Terminály zodpovedajúce RC môžu znížiť spotrebu energie, ale dajú sa použiť iba vtedy, ak je prevádzka signálu relatívne stabilná. Táto metóda je najvhodnejšia na spracovanie zhody signálu hodinového riadku. Nevýhodou je, že kapacita v RC zodpovedajúcom termináli môže ovplyvniť tvar a rýchlosť šírenia signálu.

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. Sériový terminál na prispôsobenie odporu má tiež výhodu v znížení počtu zariadení použitých na doske a hustoty spojení.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Jeho výhodou je, že nebude stláčať signál a môže byť veľmi dobré vyhnúť sa šumu. Obvykle sa používa pre vstupné signály 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.

V režime vertikálnej montáže má odpor krátky montážny kolík, ktorý znižuje tepelný odpor medzi odporom a doskou plošných spojov a uľahčuje vyžarovanie odporového tepla do vzduchu. Ale dlhšia vertikálna inštalácia zvýši indukčnosť rezistora. 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. Ostatné použiteľné technológie

Aby sa znížilo prekročenie prechodového napätia na napájacom zdroji IC, na čip IC by mal byť pridaný oddeľovací kondenzátor. Tým sa účinne odstráni vplyv otrepov na napájací zdroj a zníži sa žiarenie zo silovej slučky na plošnom spoji.

Efekt vyhladzovania otrepov je najlepší, keď je oddeľovací kondenzátor pripojený priamo k napájaciemu ramenu integrovaného obvodu, a nie k vrstve napájacieho zdroja. To je dôvod, prečo niektoré zariadenia majú v zásuvkách oddeľovacie kondenzátory, zatiaľ čo iné vyžadujú, aby vzdialenosť medzi oddeľovacím kondenzátorom a zariadením bola dostatočne malá.

Všetky zariadenia s vysokou rýchlosťou a vysokou spotrebou energie by mali byť umiestnené tak ďaleko, ako je to možné, aby sa znížilo prechodné prekročenie napájacieho napätia.

Bez silovej vrstvy tvoria dlhé elektrické vedenia slučku medzi signálom a slučkou, ktorá slúži ako zdroj žiarenia a indukčný obvod.

Kabeláž tvoriaca slučku, ktorá neprechádza rovnakým sieťovým káblom alebo inou kabelážou, sa nazýva otvorená slučka. Ak slučka prechádza rovnakým sieťovým káblom, ostatné trasy tvoria uzavretú slučku. V oboch prípadoch môže dôjsť k efektu antény (linková anténa a kruhová anténa).