Hur man undviker överföringslinjeeffekt i höghastighets-kretskort utformning

1. Metoder för att undertrycka elektromagnetisk störning

En bra lösning på signalintegritetsproblemet kommer att förbättra kretskortets elektromagnetiska kompatibilitet (EMC). En av de viktigaste är att se till att kretskortet har en bra jordning. Ett signallager med ett markskikt är en mycket effektiv metod för komplex design. Dessutom är minimering av signaltätheten för det yttersta lagret av kretskortet också ett bra sätt att minska elektromagnetisk strålning. Denna metod kan uppnås genom att använda “ytan” -tekniken “uppbyggnad” PCB-design. Ytskiktet uppnås genom att lägga till en kombination av tunna isoleringsskikt och mikroporer som används för att tränga igenom dessa skikt på en allmän process PCB. Motståndet och kapacitansen kan begravas under ytan, och den linjära densiteten per ytenhet är nästan fördubblad, vilket minskar PCB -volymen. Minskningen av PCB -arean har en enorm inverkan på routingens topologi, vilket innebär att strömslingan minskar, förgreningslängden minskar och den elektromagnetiska strålningen är ungefär proportionell mot strömslingans yta; 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 höga klockfrekvensen snabba integrerade kretsar som vanligtvis används idag är ännu mer problematisk. Det finns några grundläggande principer för att lösa detta problem: om CMOS- eller TTL -kretsar används för konstruktion är driftsfrekvensen mindre än 10 MHz och kabellängden bör inte vara större än 7 tum. 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. Den maximala kabellängden för GaAs -chips bör vara 0.3 tum. Om detta överskrids finns det ett problem med överföringslinjen.

3. Planera kabeldragningens topologi korrekt

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Kabeltopologin avser kabelsekvensen och strukturen hos en nätverkskabel. När höghastighetslogikanordningar används kommer signalen med snabbt föränderliga kanter att förvrängas av signalstammens grenar om inte grenlängden hålls mycket kort. I allmänhet antar PCB -routing två grundläggande topologier, nämligen Daisy Chain routing och Star distribution.

För kablar med kedjor börjar ledningarna vid föraränden och når varje mottagande ände i tur och ordning. If a series resistor is used to change the signal characteristics, the position of the series resistor should be close to the driving end. Daisy chain -kablage är bäst för att kontrollera den höga harmoniska störningen av kablage. Denna typ av ledningar har dock den lägsta överföringshastigheten och är inte lätt att klara 100%. I själva designen vill vi göra grenlängden i Daisy kedjeledningar så kort som möjligt, och det säkra längdvärdet bör vara: Stub Delay < = Trt * 0.1.

Till exempel bör grenändar i höghastighets TTL-kretsar vara mindre än 1.5 tum långa. Denna topologi tar mindre ledningsutrymme och kan avslutas med en enda motståndsmatchning. Denna ledningsstruktur gör dock att signalen som tar emot vid olika signalmottagare inte är synkron.

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. Att använda automatisk kabel är det bästa sättet att slutföra stjärnkablar. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Detta kan göras manuellt eller genom CAD -verktyg för att beräkna de karakteristiska impedansvärdena och terminalmatchningsmotståndsvärdena.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Det första alternativet är RC -matchningsterminalen. RC -matchande terminaler kan minska strömförbrukningen, men kan bara användas när signaldriften är relativt stabil. Denna metod är mest lämplig för klocklinjesignalmatchning. Nackdelen är att kapacitansen i RC -matchningsterminalen kan påverka signalens form och utbredningshastighet.

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. Seriemotståndsmatchningsterminalen har också fördelen att minska antalet enheter som används på kortet och densiteten av anslutningar.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Dess fördel är att den inte drar ner signalen och kan vara mycket bra för att undvika brus. Används vanligtvis för TTL -insignaler (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 vertikalt monteringsläge har motståndet en kort monteringsstift, vilket minskar det termiska motståndet mellan motståndet och kretskortet och gör motståndsvärmen lättare att släppas ut i luften. Men en längre vertikal installation kommer att öka motståndets induktans. 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. Annan tillämplig teknik

För att minska överskridandet av övergående spänning på IC -strömförsörjningen bör avkopplingskondensatorn läggas till IC -chipet. Detta tar effektivt bort effekterna av grader på strömförsörjningen och minskar strålningen från strömslingan på det tryckta kortet.

Borrutjämningseffekten är bäst när avkopplingskondensatorn är ansluten direkt till strömförsörjningsbenet i den integrerade kretsen snarare än till strömförsörjningsskiktet. Det är därför som vissa enheter har avkopplingskondensatorer i sina uttag, medan andra kräver att avståndet mellan avkopplingskondensatorn och enheten är tillräckligt litet.

Alla enheter med hög hastighet och hög energiförbrukning bör placeras så långt som möjligt för att minska övergående överskridande av spänningen.

Utan ett effektlager bildar långa kraftledningar en slinga mellan signalen och slingan, som fungerar som en strålningskälla och en induktiv krets.

Kablar som bildar en slinga som inte passerar genom samma nätverkskabel eller andra kablar kallas öppen slinga. Om slingan passerar genom samma nätverkskabel bildar andra rutter en sluten slinga. I båda fallen kan antenneffekten (linjeantenn och ringantenn) uppstå.