Як уникнути ефекту лінії передачі в високошвидкісна друкована плата дизайн

1. Методи придушення електромагнітних перешкод

Гарне рішення проблеми цілісності сигналу покращить електромагнітну сумісність (ЕМС) плати друкованої плати. Одним з найважливіших є забезпечення належного заземлення друкованої плати. Сигнальний шар із заземленим шаром є дуже ефективним методом для складного проектування. Крім того, мінімізація щільності сигналу зовнішнього шару друкованої плати також є хорошим способом зменшення електромагнітного випромінювання. Цей метод може бути досягнутий за допомогою технології «нарощування» друкованої плати за технологією «площі поверхні». Поверхневий шар досягається шляхом додавання комбінації тонких ізоляційних шарів та мікропор, що використовуються для проникнення цих шарів на друковану плату загального процесу. Опір та ємність можна заховати під поверхнею, а лінійну щільність на одиницю площі майже подвоїти, зменшуючи таким чином об’єм друкованої плати. Зменшення площі друкованої плати має величезний вплив на топологію маршрутизації, а це означає, що струмовий контур зменшується, довжина маршрутизації гілок зменшується, а електромагнітне випромінювання приблизно пропорційне площі контуру струму; 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 використовувані сьогодні мікросхеми з високою тактовою частотою є ще більш проблематичними. Існує кілька основних принципів вирішення цієї проблеми: якщо для проектування використовуються схеми CMOS або TTL, робоча частота становить менше 10 МГц, а довжина проводки не повинна перевищувати 7 дюймів. 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. Максимальна довжина проводки для чіпів GaAs повинна бути 0.3 дюйма. Якщо це перевищено, виникає проблема з лінією електропередачі.

3. Належним чином спланувати топологію кабелю

Another way to solve the transmission line effect is to choose the correct routing path and terminal topology. Топологія кабелів відноситься до послідовності кабелів і структури мережевого кабелю. При використанні високошвидкісних логічних пристроїв сигнал зі швидкозмінними краями спотворюватиметься гілками сигнального каналу, якщо тільки довжина гілки не буде дуже короткою. Загалом, маршрутизація друкованої плати приймає дві основні топології, а саме маршрутизацію по ланцюжку Дейзі та розподіл зірки.

Для розводки по ланцюжковому з’єднанню проводка починається з кінця водія і по черзі досягає кожного приймального кінця. Якщо для зміни характеристик сигналу використовується послідовний резистор, положення послідовного резистора повинно бути близько до рушійного кінця. Ланцюгова кабельна розводка найкраще контролює високі гармонічні перешкоди кабелю. Однак цей вид проводки має найнижчу швидкість передачі і непростий на 100%. У реальному дизайні ми хочемо зробити довжину гілки в ланцюговій проводці якомога коротшою, а значення безпечної довжини має бути: Затримка заглушки < = Trt * 0.1.

Наприклад, кінці гілок у високошвидкісних ланцюгах TTL повинні бути довжиною менше 1.5 дюйма. Ця топологія займає менше місця для електропроводки і може бути завершена одним відповідним резистором. Однак така структура проводки робить сигнал, що приймається на різному приймачі сигналу, не синхронним.

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. Використання автоматичного кабелю – найкращий спосіб завершити зіркові кабелі. A terminal resistor is required on each branch. The value of the terminal resistance should match the characteristic impedance of the wire. Це можна зробити вручну або за допомогою САПР для розрахунку характеристичних значень опору та відповідності терміналів значенням опору.

While simple terminal resistors are used in the two examples above, a more complex matching terminal is optional in practice. Перший варіант – це відповідний термінал RC. Відповідні клеми RC можуть зменшити споживання електроенергії, але їх можна використовувати лише тоді, коли робота сигналу відносно стабільна. Цей метод найбільш підходить для обробки відповідності сигналу лінії синхронізації. Недоліком є ​​те, що ємність в терміналі відповідності RC може вплинути на форму і швидкість поширення сигналу.

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. Послідовний резисторний відповідний термінал також має перевагу у зменшенні кількості пристроїв, що використовуються на платі, і щільності з’єднань.

The final method is to separate the matching terminal, in which the matching element needs to be placed near the receiving end. Його перевага в тому, що він не знижує сигнал, і це може бути дуже добре, щоб уникнути шуму. Зазвичай використовується для вхідних сигналів 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.

У вертикальному режимі монтажу опір має короткий монтажний штифт, який зменшує тепловий опір між опором та платою та робить тепло опору легше випромінювати у повітря. Але більш тривала вертикальна установка збільшить індуктивність резистора. 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. Інші застосовні технології

Для того, щоб зменшити перевищення перехідної напруги на блоці живлення мікросхеми, до мікросхеми мікросхеми слід додати роз’єднуючий конденсатор. Це ефективно усуває вплив задирок на блок живлення та зменшує випромінювання від петлі живлення на друкованій платі.

Ефект згладжування задирок найкращий, коли конденсатор для від’єднання підключений безпосередньо до ніжки живлення інтегральної схеми, а не до шару живлення. Ось чому деякі пристрої мають роз’єднані конденсатори в гніздах, а інші вимагають, щоб відстань між конденсатором від’єднання і пристроєм була достатньо невеликою.

Будь -які пристрої з високою швидкістю та високим енергоспоживанням слід розміщувати разом, наскільки це можливо, щоб зменшити короткочасне перевищення напруги живлення.

Без енергетичного шару довгі лінії електропередач утворюють петлю між сигналом і шлейфом, слугуючи джерелом випромінювання та індуктивною ланцюгом.

Кабель, що утворює шлейф, який не проходить через той самий мережевий кабель або інший кабель, називається відкритим контуром. Якщо контур проходить через той самий мережевий кабель, інші маршрути утворюють замкнутий контур. В обох випадках може виникнути ефект антени (лінійна антена та кільцева антена).