İletim hattı etkisi nasıl önlenir yüksek hızlı PCB dizayn

1. Elektromanyetik paraziti bastırma yöntemleri

Sinyal bütünlüğü sorununa iyi bir çözüm, PCB kartının elektromanyetik uyumluluğunu (EMC) iyileştirecektir. En önemlilerinden biri, PCB kartının iyi bir topraklamaya sahip olmasını sağlamaktır. Zemin katmanına sahip bir sinyal katmanı, karmaşık tasarım için çok etkili bir yöntemdir. Ek olarak, devre kartının en dış tabakasının sinyal yoğunluğunu en aza indirmek de elektromanyetik radyasyonu azaltmanın iyi bir yoludur. Bu yöntem, “yüzey alanı” teknolojisi “birikim” PCB tasarımı kullanılarak gerçekleştirilebilir. Yüzey alanı katmanı, genel işlem PCB’sinde bu katmanlara nüfuz etmek için kullanılan mikro gözenekler ve ince yalıtım katmanlarının bir kombinasyonunun eklenmesiyle elde edilir. Direnç ve kapasitans yüzeyin altına gömülebilir ve birim alan başına doğrusal yoğunluk neredeyse iki katına çıkar, böylece PCB’nin hacmi azalır. PCB alanının azaltılması, yönlendirme topolojisi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir; bu, mevcut döngünün azaldığı, dal yönlendirmesinin uzunluğunun azaldığı ve elektromanyetik radyasyonun yaklaşık olarak mevcut döngünün alanıyla orantılı olduğu anlamına gelir; 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. Günümüzde yaygın olarak kullanılan yüksek saat hızına sahip hızlı entegre devre yongaları daha da problemlidir. Bu sorunu çözmek için bazı temel ilkeler vardır: Tasarım için CMOS veya TTL devreleri kullanılıyorsa, çalışma frekansı 10 MHz’den az ve kablo uzunluğu 7 inçten fazla olmamalıdır. 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. GaAs yongaları için maksimum kablo uzunluğu 0.3 inç olmalıdır. Bu aşılırsa, bir iletim hattı sorunu vardır.

3. Kablolama topolojisini doğru şekilde planlayın

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Kablolama topolojisi, bir ağ kablosunun kablolama sırasını ve yapısını ifade eder. Yüksek hızlı mantık cihazları kullanıldığında, hızlı değişen kenarlara sahip sinyal, dal uzunluğu çok kısa tutulmadıkça sinyal gövdesinin dalları tarafından bozulacaktır. Genel olarak, PCB yönlendirme, Daisy Chain yönlendirme ve Yıldız dağıtımı olmak üzere iki temel topolojiyi benimser.

Papatya dizimi kablolama için, kablolama sürücü tarafında başlar ve sırayla her bir alıcı uca ulaşır. Sinyal özelliklerini değiştirmek için bir seri direnç kullanılıyorsa, seri direncin konumu, sürücü uca yakın olmalıdır. Papatya zinciri kablolama, kablolamanın yüksek harmonik parazitini kontrol etmede en iyisidir. Ancak, bu tür kablolama en düşük iletim hızına sahiptir ve %100’ü geçmek kolay değildir. Gerçek tasarımda, Papatya zinciri kablolamasında dal uzunluğunu mümkün olduğunca kısa yapmak istiyoruz ve güvenli uzunluk değeri şu şekilde olmalıdır: Saplama Gecikmesi < = Tr * 0.1.

Örneğin, yüksek hızlı TTL devrelerindeki dal uçları 1.5 inçten daha kısa olmalıdır. Bu topoloji daha az kablolama alanı kaplar ve tek bir direnç eşleştirmesi ile sonlandırılabilir. Ancak bu kablolama yapısı, farklı sinyal alıcılarında alınan sinyalin senkron olmamasına neden olur.

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. Otomatik kablolama kullanmak, yıldız kablolamayı tamamlamanın en iyi yoludur. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Bu, karakteristik empedans değerlerini ve terminal eşleştirme direnç değerlerini hesaplamak için manuel olarak veya CAD araçları aracılığıyla yapılabilir.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. İlk seçenek RC maç terminalidir. RC eşleştirme terminalleri güç tüketimini azaltabilir, ancak yalnızca sinyal çalışması nispeten kararlı olduğunda kullanılabilir. Bu yöntem en çok saat hattı sinyal eşleştirme işleme için uygundur. Dezavantajı, RC eşleştirme terminalindeki kapasitansın, sinyalin şeklini ve yayılma hızını etkileyebilmesidir.

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. Seri direnç eşleştirme terminali, kartta kullanılan cihaz sayısını ve bağlantı yoğunluğunu azaltma avantajına da sahiptir.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Avantajı, sinyali düşürmemesi ve gürültüyü önlemek için çok iyi olabilmesidir. Tipik olarak TTL giriş sinyalleri için kullanılır (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.

Dikey montaj modunda rezistans, rezistans ile devre kartı arasındaki termal direnci azaltan ve rezistans ısısının havaya daha kolay yayılmasını sağlayan kısa bir montaj pimine sahiptir. Ancak daha uzun bir dikey kurulum, direncin endüktansını artıracaktır. Yatay kurulum, daha düşük kurulum nedeniyle daha düşük endüktansa sahiptir. 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. Diğer uygulanabilir teknolojiler

IC güç kaynağındaki geçici voltaj aşımını azaltmak için IC yongasına dekuplaj kapasitörü eklenmelidir. Bu, güç kaynağı üzerindeki çapakların etkisini etkin bir şekilde ortadan kaldırır ve basılı kart üzerindeki güç döngüsünden yayılan radyasyonu azaltır.

Dekuplaj kapasitörü güç kaynağı katmanından ziyade doğrudan entegre devrenin güç kaynağı ayağına bağlandığında çapak yumuşatma etkisi en iyisidir. Bu nedenle, bazı cihazların soketlerinde dekuplaj kapasitörleri bulunurken, diğerleri, dekuplaj kapasitörü ile cihaz arasındaki mesafenin yeterince küçük olmasını gerektirir.

Herhangi bir yüksek hızlı ve yüksek güç tüketen aygıt, güç kaynağı voltajının geçici olarak aşılmasını azaltmak için mümkün olduğunca bir arada yerleştirilmelidir.

Bir güç katmanı olmadan, uzun güç hatları, sinyal ve döngü arasında bir radyasyon kaynağı ve endüktif devre görevi gören bir döngü oluşturur.

Aynı ağ kablosu veya diğer kablolardan geçmeyen bir döngü oluşturan kablolara açık döngü denir. Döngü aynı ağ kablosundan geçerse, diğer yollar kapalı bir döngü oluşturur. Her iki durumda da anten etkisi (hat anteni ve halka anten) meydana gelebilir.