วิธีหลีกเลี่ยงเอฟเฟกต์สายส่งใน PCB ความเร็วสูง ออกแบบ

1. วิธีการระงับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

วิธีแก้ปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ดีจะช่วยปรับปรุงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ของบอร์ด PCB สิ่งสำคัญที่สุดคือต้องแน่ใจว่าบอร์ด PCB มีการต่อสายดินที่ดี เลเยอร์สัญญาณที่มีชั้นกราวด์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากสำหรับการออกแบบที่ซับซ้อน นอกจากนี้ การลดความหนาแน่นของสัญญาณของชั้นนอกสุดของแผงวงจรยังเป็นวิธีที่ดีในการลดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า วิธีนี้สามารถทำได้โดยใช้การออกแบบ PCB “พื้นที่ผิว” “สร้าง” ชั้นพื้นที่ผิวทำได้โดยการเพิ่มชั้นฉนวนบางๆ และไมโครพอร์ที่ใช้ในการเจาะชั้นเหล่านี้บน PCB กระบวนการทั่วไป ความต้านทานและความจุสามารถฝังไว้ใต้พื้นผิวได้ และความหนาแน่นเชิงเส้นต่อหน่วยพื้นที่เกือบสองเท่า จึงช่วยลดปริมาตรของ PCB การลดลงของพื้นที่ PCB มีผลกระทบอย่างมากต่อโทโพโลยีของการกำหนดเส้นทาง ซึ่งหมายความว่าการวนรอบปัจจุบันลดลง ความยาวของเส้นทางสาขาลดลง และการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับพื้นที่ของวงรอบปัจจุบัน 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. ชิปวงจรรวมที่รวดเร็วอัตรานาฬิกาสูงที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันนี้ยิ่งมีปัญหามากขึ้นไปอีก มีหลักการพื้นฐานบางประการในการแก้ปัญหานี้: หากใช้วงจร CMOS หรือ TTL สำหรับการออกแบบ ความถี่ในการทำงานจะน้อยกว่า 10MHz และความยาวสายไฟไม่ควรเกิน 7 นิ้ว 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. ความยาวสายไฟสูงสุดสำหรับชิป GaAs ควรเป็น 0.3 นิ้ว หากเกินนี้ แสดงว่าสายส่งมีปัญหา

3. วางแผนโทโพโลยีของสายเคเบิลอย่างเหมาะสม

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. โทโพโลยีการเดินสายหมายถึงลำดับสายเคเบิลและโครงสร้างของสายเคเบิลเครือข่าย เมื่อใช้อุปกรณ์ลอจิกความเร็วสูง สัญญาณที่มีขอบเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจะถูกบิดเบือนโดยกิ่งก้านของลำสัญญาณ เว้นแต่ความยาวของกิ่งจะสั้นมาก โดยทั่วไป การกำหนดเส้นทาง PCB ใช้โทโพโลยีพื้นฐานสองแบบ ได้แก่ การกำหนดเส้นทางแบบ Daisy Chain และการกระจายแบบสตาร์

สำหรับการเดินสายแบบโซ่เดซี่ การเดินสายไฟจะเริ่มต้นที่ด้านคนขับและไปสิ้นสุดที่ปลายด้านรับแต่ละด้านตามลำดับ If a series resistor is used to change the signal characteristics, the position of the series resistor should be close to the driving end. การเดินสายเคเบิลแบบเดซี่เชนนั้นดีที่สุดในการควบคุมสัญญาณรบกวนฮาร์โมนิกสูงของสายเคเบิล อย่างไรก็ตาม การเดินสายประเภทนี้มีอัตราการส่งข้อมูลต่ำสุดและไม่ผ่าน 100% ง่าย ในการออกแบบจริง เราต้องการสร้างความยาวของกิ่งในการต่อสายโซ่เดซี่ให้สั้นที่สุด และค่าความยาวที่ปลอดภัยควรเป็น: Stub Delay < = Trt * 0.1.

ตัวอย่างเช่น กิ่งที่สิ้นสุดในวงจร TTL ความเร็วสูงควรมีความยาวน้อยกว่า 1.5 นิ้ว โทโพโลยีนี้ใช้พื้นที่ในการเดินสายน้อยลงและสามารถยุติได้ด้วยการจับคู่ตัวต้านทานตัวเดียว อย่างไรก็ตาม โครงสร้างการเดินสายนี้ทำให้การรับสัญญาณที่เครื่องรับสัญญาณต่างกันไม่ซิงโครนัส

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. การใช้สายเคเบิลอัตโนมัติเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการเดินสายแบบสตาร์ A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. ซึ่งสามารถทำได้ด้วยตนเองหรือผ่านเครื่องมือ CAD เพื่อคำนวณค่าอิมพีแดนซ์เฉพาะและค่าความต้านทานการจับคู่เทอร์มินัล

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. ตัวเลือกแรกคือเทอร์มินัลการแข่งขัน RC ขั้วต่อ RC ที่ตรงกันสามารถลดการใช้พลังงาน แต่สามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อการทำงานของสัญญาณค่อนข้างเสถียร วิธีนี้เหมาะสมที่สุดสำหรับการประมวลผลการจับคู่สัญญาณนาฬิกา ข้อเสียคือความจุในเทอร์มินัลการจับคู่ RC อาจส่งผลต่อรูปร่างและความเร็วการแพร่กระจายของสัญญาณ

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. เทอร์มินัลการจับคู่ตัวต้านทานแบบอนุกรมยังมีข้อได้เปรียบในการลดจำนวนอุปกรณ์ที่ใช้บนบอร์ดและความหนาแน่นของการเชื่อมต่อ

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. ข้อดีคือไม่ดึงสัญญาณลง และสามารถหลีกเลี่ยงเสียงรบกวนได้ดีมาก โดยทั่วไปใช้สำหรับสัญญาณอินพุต 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.

ในโหมดการติดตั้งแนวตั้ง ตัวต้านทานจะมีขายึดแบบสั้น ซึ่งช่วยลดความต้านทานทางความร้อนระหว่างความต้านทานและแผงวงจร และทำให้ความร้อนจากความต้านทานปล่อยออกสู่อากาศได้ง่ายขึ้น แต่การติดตั้งในแนวตั้งที่ยาวขึ้นจะเพิ่มความเหนี่ยวนำของตัวต้านทาน 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. เทคโนโลยีอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

เพื่อลดแรงดันไฟเกินชั่วขณะบนแหล่งจ่ายไฟ IC ควรเพิ่มตัวเก็บประจุแยกส่วนลงในชิป IC วิธีนี้ช่วยขจัดผลกระทบจากครีบบนตัวจ่ายไฟ และลดรังสีจากวงจรไฟฟ้าบนบอร์ดที่พิมพ์ออกมา

เอฟเฟกต์การปรับให้เรียบเสี้ยนจะดีที่สุดเมื่อตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเชื่อมต่อโดยตรงกับขาจ่ายไฟของวงจรรวม แทนที่จะเชื่อมต่อกับเลเยอร์ของแหล่งจ่ายไฟ นี่คือเหตุผลที่อุปกรณ์บางตัวมีตัวเก็บประจุแบบแยกคัปปลิ้งในซ็อกเก็ต ในขณะที่อุปกรณ์อื่นๆ ต้องการระยะห่างระหว่างตัวเก็บประจุแบบแยกคัปปลิ้งและอุปกรณ์ให้มีขนาดเล็กพอ

ควรวางอุปกรณ์ความเร็วสูงและใช้พลังงานสูงใดๆ เข้าด้วยกันให้มากที่สุดเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเกินชั่วคราว

หากไม่มีชั้นพลังงาน สายไฟยาวจะสร้างลูประหว่างสัญญาณและลูป ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดรังสีและวงจรอุปนัย

การเดินสายแบบวนซ้ำที่ไม่ผ่านสายเคเบิลเครือข่ายเดียวกันหรือการเดินสายอื่นๆ เรียกว่า open loop If the loop passes through the same network cable, other routes form a closed loop. ในทั้งสองกรณี เอฟเฟกต์เสาอากาศ (เสาอากาศแบบเส้นและเสาอากาศแบบวงแหวน) สามารถเกิดขึ้นได้