Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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High-Speed PCB Board Design Übertragungsleitung Effekt Problem
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High-Speed PCB Board Design Übertragungsleitung Effekt Problem

2022-09-01
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Author:iPCB

Der Prozess der Hochgeschwindigkeit Leiterplatte Design, aufgrund des Übertragungsleitungseffekts, wird zu einigen Signalintegritätsproblemen führen. Wie man damit umgeht? Hier sind vier Punkte, die wir mit Ihnen teilen möchten:


1. Steuern Sie streng die Länge der Schlüsselnetzwerkkabel

Wenn es Hochgeschwindigkeitsübergangskanten im Design gibt, muss das Problem der Übertragungsleitungseffekte auf der Leiterplatte berücksichtigt werden. Dieses Problem tritt noch stärker in den schnellen integrierten Schaltungschips mit sehr hohen Taktfrequenzen auf, die heute häufig verwendet werden. Es gibt einige Grundprinzipien, um dieses Problem zu lösen: Wenn CMOS- oder TTL-Schaltungen für den Entwurf verwendet werden, ist die Betriebsfrequenz kleiner als 10MHz und die Verdrahtungslänge sollte nicht mehr als 7 Zoll betragen. Betriebsfrequenz bei 50MHz, sollte die Verdrahtungslänge nicht mehr als 1.5 Zoll sein. Wenn die Betriebsfrequenz 75MHz erreicht oder überschreitet, sollte die Verdrahtungslänge innerhalb von 1 Zoll sein. Die Verdrahtungslänge für GaAs-Chips sollte 0,3 Zoll betragen. Wenn Sie diese Norm überschreiten, gibt es ein Problem mit der Übertragungsleitung.

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2. Planen Sie die Topologie der Spuren angemessen

Eine weitere Möglichkeit, Übertragungsleitungseffekte zu adressieren, besteht darin, den richtigen Routingpfad und die richtige Terminierungstopologie auszuwählen. Die Topologie der Verdrahtung bezieht sich auf die Verdrahtungsfolge und Verdrahtungsstruktur eines Netzwerkkabels. Bei der Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Logikgeräten werden Signale mit schnell wechselnden Kanten durch Verzweigungsspuren auf der Signaltrunk-Spur verzerrt, sofern die Spurverzweigungslängen nicht kurz gehalten werden. Unter normalen Umständen werden zwei grundlegende Topologien für PCB-Routing verwendet, nämlich Daisy Chain Routing und Star Distribution. Bei der Daisy-Chain-Verkabelung beginnt die Verkabelung vom Treiber und geht nacheinander zu den Empfängern. Werden Reihenwiderstände verwendet, um die Signalcharakteristik zu ändern, sollten die Reihenwiderstände in der Nähe der Antriebsklemmen platziert werden. In Bezug auf die Steuerung der harmonischen Störung der Verdrahtung hoher Ordnung ist der Daisy-Chain-Verdrahtungseffekt sehr gut. Die Routing-Rate dieser Routing-Methode ist jedoch nicht einfach zu 100% Routing. Im eigentlichen Design machen wir die Verzweigungslänge in der Daisy Chain Verdrahtung so kurz wie möglich, und der sichere Längenwert sollte sein: Die Sterntopologie kann das asynchrone Problem des Taktsignals effektiv vermeiden, aber es wird manuell auf der Leiterplatte mit hoher Dichte getan. Die Verkabelung ist sehr schwierig. Die Verwendung eines Autorouters ist die Möglichkeit, Sternverdrahtung durchzuführen. An jedem Zweig sind Abschlusswiderstände erforderlich. Der Wert des Abschlusswiderstands sollte mit der charakteristischen Impedanz der Verbindung übereinstimmen. Diese kann von Hand oder mit CAD-Werkzeugen berechnet werden, um den charakteristischen Impedanzwert und den Abschlussabstandswert zu berechnen. In den beiden oben genannten Beispielen wurden einfache Abschlusswiderstände verwendet, in der Praxis konnten komplexere aufeinander abgestimmte Abschlusswiderstände verwendet werden. Eine Option ist RC Matching Termination. Das RC-Matching-Terminal kann den Stromverbrauch reduzieren, kann aber nur verwendet werden, wenn der Signalbetrieb relativ stabil ist. Diese Methode eignet sich zum Abgleichen des Taktliniensignals. Der Nachteil ist, dass die Kapazität in der RC Matching Termination die Form und Geschwindigkeit des Signals beeinflussen kann. Der Reihenwiderstand-angepasste Abschluss erzeugt keine zusätzliche Verlustleistung, verlangsamt aber die Übertragung des Signals. Diese Methode wird für Busantriebsschaltungen verwendet, bei denen die Zeitverzögerung wenig Auswirkungen hat. Der Vorteil der Reihenwiderstandsanpassung ist, dass sie die Anzahl der verwendeten Komponenten und Verdrahtungsdichte auf der Platine reduzieren kann. Eine Möglichkeit besteht darin, die passenden Klemmen zu trennen, in denen die passenden Komponenten nahe dem Empfangsende platziert werden müssen. Der Vorteil ist, dass es das Signal nicht herunterzieht und Rauschen gut vermieden wird. Typischerweise verwendet für TTL-Eingangssignale (ACT, HCT, FAST). Darüber hinaus sind auch der Gehäusetyp und die Montageart des Klemmenabpassers zu berücksichtigen. Normalerweise haben SMD-Oberflächenmontagewiderstände eine niedrigere Induktivität als Durchgangslochkomponenten, so dass SMD-Paketkomponenten werden. Wenn Sie gewöhnliche Inline-Widerstände wählen, gibt es auch zwei Installationsmethoden: vertikal und horizontal. Bei der vertikalen Installationsmethode ist ein Montagestift des Widerstands sehr kurz, was den thermischen Widerstand zwischen dem Widerstand und der Leiterplatte verringern kann und die Wärme des Widerstands leichter in die Luft ableiten lässt. Aber eine längere vertikale Halterung erhöht die Induktivität des Widerstands. Die horizontale Installation hat eine geringere Induktivität aufgrund der geringeren Installation. Der überhitzte Widerstand wird jedoch driften, und im schlimmsten Fall wird der Widerstand zu einer offenen Schaltung, was zum Ausfall des Leiterplattenabschlusses führt und zu einem potenziellen Fehlerfaktor wird.


3. Methoden zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen

Eine gute Lösung für das Problem der Signalintegrität verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Leiterplatte. Es ist sehr wichtig, sicherzustellen, dass die Leiterplatte eine gute Erdung hat. Die Verwendung einer Signalschicht mit Erdungsebene ist eine sehr effektive Methode für komplexe Konstruktionen. Darüber hinaus ist die Signaldichte der äußeren Schicht der Leiterplatte auch eine gute Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung zu reduzieren. Diese Methode kann durch die Verwendung der "Oberflächenschicht"-Technologie "Aufbau" Design realisiert werden, um die Leiterplatte herzustellen. Die Oberflächenschicht wird erreicht, indem eine Kombination aus dünnen Isolierschichten und Mikrovias zum Eindringen dieser Schichten auf einer gemeinsamen Prozess-Leiterplatte hinzugefügt wird. Widerstände und Kondensatoren können unter der Oberflächenschicht vergraben werden, und die Dichte der Leiterbahnen pro Einheitsfläche verdoppelt sich fast, so dass das Volumen der Leiterplatte reduziert werden kann. Die Reduzierung der Leiterplattenfläche hat einen enormen Einfluss auf die Topologie der Leiterbahn, was bedeutet, dass reduzierte Stromschleife, reduzierte Astspurenlänge und elektromagnetische Strahlung ungefähr proportional zur Fläche der Stromschleife ist; Gleichzeitig können mit kleinen Volumenmerkmalen bleihaltige Geräte mit hoher Dichte verwendet werden, was wiederum Drahtlängen reduziert, Stromschleifen reduziert und die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert.


4. Andere Technologien, die verwendet werden können

Zur Verringerung des transienten Überschwingens der Spannung an der Stromversorgung des integrierten Schaltungschips, Entkopplungskondensatoren sollten dem integrierten Schaltungschip hinzugefügt werden. Dies beseitigt effektiv die Auswirkungen von Störungen auf die Stromversorgung und reduziert Strahlung aus der Stromschleife auf der Leiterplatte. Wenn der Entkopplungskondensator direkt mit dem Netzrohrbein des integrierten Schaltkreises anstelle der Leistungsebene verbunden ist, seine Wirkung der Glättung der Glitch ist. Aus diesem Grund haben einige Geräte Entkopplungskondensatoren an ihren Steckdosen, Während andere erfordern, dass die Entkopplungskondensatoren ausreichend nahe am Gerät sind. Alle Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsgeräte sollten so weit wie möglich zusammengebaut werden, um vorübergehende Überschreitungen der Versorgungsspannung zu reduzieren. Ohne Kraftflugzeuge, Lange Stromspuren können Schleifen zwischen Signalen und Schleifen erzeugen, Strahlungsquellen und anfällige Kreisläufe werden. Die Situation, in der die Leiterbahnen eine Schleife bilden, die nicht durch dasselbe Netzwerkkabel oder andere Leiterbahnen verläuft, wird als offene Schleife bezeichnet. Wenn die Schleife andere Spuren desselben Netzwerkkabels durchläuft, eine geschlossene Schleife gebildet wird. Antenna effects are created in both cases (wire antennas and loop antennas). Die Antenne erzeugt EMI-Strahlung nach außen, und es ist auch eine empfindliche Schaltung selbst. Das Schließen der Schleife ist ein Muss, da sie Strahlung erzeugt, die ungefähr proportional zur Fläche der geschlossenen Schleife auf Leiterplatte.