PCB-Technologie - Lernen Sie die gute Methode der Leiterplatte

Hochgeschwindigkeits-PCB Schaltungen arbeiten auf relativ langen Leitungen ohne ernsthafte Wellenformverzerrung. TTL nimmt Schottky Dioden Klemmmethode für schnell fallende Kanten an, so dass der Überschuss durch einen Diodenabfall auf ein Niveau unterhalb des Erdpotentials geklemmt wird. Dies reduziert das Ausmaß des Spiels. Die langsamer ansteigende Kante ermöglicht Überschwingen, but it is attenuated by the relatively high output impedance (50-80Ω) of the circuit in the level "H" state. Darüber hinaus, aufgrund der größeren Immunität des Status "H", das Kickback-Problem ist nicht sehr prominent. Für Geräte der Serie HCT, wenn Schottky Diodenklemme und Reihenwiderstandsabschluss kombiniert werden, Es wird sich verbessern Der Effekt wird offensichtlicher sein.

Wenn es Fächer-out entlang der PCB-Signalleitung, Die oben vorgestellte TTL-Formgebungsmethode scheint bei einer höheren Bitrate und einer schnelleren Kantenrate etwas unzureichend zu sein. Weil es reflektierte Wellen in der Linie gibt, Sie neigen dazu, mit einer hohen Bitrate synthetisiert zu werden, die ernsthafte Verzerrung des PCB-Signals und verringerte Störfestigkeit verursachen. Daher, um das Reflexionsproblem zu lösen, Im ECL-System wird üblicherweise eine andere Methode verwendet: die Methode der Linienimpedanzanpassung. Auf diese Weise, Die Reflexion kann kontrolliert werden und die Integrität des Signals kann gewährleistet werden.

Streng genommen sind bei herkömmlichen TTL- und CMOS-Geräten mit langsameren Kantengeschwindigkeiten Übertragungsleitungen nicht unbedingt notwendig. Bei Hochgeschwindigkeits-ECL-Geräten mit höheren Kantengeschwindigkeiten werden nicht immer Übertragungsleitungen benötigt. Aber bei der Verwendung von Übertragungsleitungen haben sie die Vorteile, die Verbindungsverzögerung vorherzusagen und Reflexion und Oszillation durch Impedanzanpassung zu steuern.

1. Bei der Entscheidung, ob eine Übertragungsleitung genutzt werden soll, gibt es fünf grundlegende Faktoren:

Sie sind: (1) die Randrate des Systemsignals, (2) der Verbindungsabstand (3) die kapazitive Last (wie viel Lüfter raus), (4) die widerstandsfähige Last (die Leitungsabschlussmethode); (5) zulässig Der Prozentsatz von Spiel und Überschuss (der Grad der Verringerung der AC-Immunität).

2. Mehrere Arten von PCB-Übertragungsleitungen

(1) PCB-Koaxialkabel und Twisted Pair: Sie werden oft in der Verbindung zwischen dem System und dem System verwendet. Die charakteristische Impedanz des Koaxialkabels ist normalerweise 50Ω und 75Ω, und verdrilltes Paar ist normalerweise 110Ω.

(2) Microstrip Linie auf PCB

Die Mikrostreifenleitung ist ein Streifenleiter (Signalleitung), der durch ein Dielektrikum von der Masseebene getrennt ist. Wenn Dicke, Breite und Abstand zwischen der Linie und der Masseebene steuerbar sind, kann auch deren charakteristische Impedanz gesteuert werden. Die charakteristische Impedanz Z0 der Mikrostreifenleitung ist:

(3) Streifen Linie in PCB gedruckte Platte

Eine Stripline ist eine Kupferbandlinie, die in der Mitte eines Dielektrikums zwischen zwei leitenden Ebenen platziert wird. Wenn die Dicke und Breite der Linie, die Dielektrizitätskonstante des Mediums und der Abstand zwischen den beiden leitenden Ebenen steuerbar sind, dann ist die charakteristische Impedanz der Linie auch steuerbar. Die charakteristische Impedanz der Bandlinie ist:

3. Beendigung der Übertragungsleitung

Am Empfangsende einer Leitung wird ein Widerstand verwendet, der der charakteristischen Impedanz der Leitung entspricht, um zu beenden, dann wird die Übertragungsleitung eine parallele Anschlussverbindung genannt. Es wird hauptsächlich verwendet, um die beste elektrische Leistung zu erhalten, einschließlich des Antriebs verteilter Lasten.

Manchmal, um Stromverbrauch zu sparen, wird ein 104 Kondensator in Reihe mit dem Abschlusswiderstand verbunden, um einen AC-Abschlusskreis zu bilden, der DC-Verlust effektiv reduzieren kann.

Ein Widerstand wird in Reihe zwischen dem Treiber und der Übertragungsleitung angeschlossen, und die Klemme der Leitung ist nicht mehr mit dem Abschlusswiderstand verbunden. Diese Beendigungsmethode wird Serienbeendigung genannt. Überschwingen und Klingeln an der längeren Linie können durch Seriendämpfung oder Serienabschlusstechnik gesteuert werden. Die Seriendämpfung wird durch die Verwendung eines kleinen Widerstands (in der Regel 10 bis 75Ω) erreicht, der in Reihe mit dem Ausgang des Antriebsschiebers verbunden ist. Diese Dämpfungsmethode eignet sich in Verbindung mit Leitungen, deren charakteristische Impedanz gesteuert wird (z. B. Backplane Verdrahtung, Leiterplatten ohne Masseebenen und die meisten Wickeldrähte usw.).

Bei Serienabschluss ist die Summe des Wertes des Serienwiderstands und der Ausgangsimpedanz der Schaltung (Antriebstor) gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung. Die Reihenanschlussendverdrahtung hat die Nachteile, dass sie nur die Pauschallast an der Klemme nutzen kann und die Übertragungsverzögerungszeit länger ist. Dies kann jedoch durch den Einsatz redundanter seriell beendeter Übertragungsleitungen überwunden werden.

Ob Sie bei der Herstellung einer Leiterplatte eine doppelseitige Leiterplatte oder eine Leiterplatte mit mehreren Schichten wählen, hängt von der höchsten Betriebsfrequenz, der Komplexität des Schaltungssystems und den Anforderungen an die Montagedichte ab. Es ist am besten, eine mehrschichtige Platine zu wählen, wenn die Taktfrequenz 200MHZ überschreitet. Wenn die Betriebsfrequenz 350MHz überschreitet, ist es am besten, eine Leiterplatte mit PTFE als dielektrische Schicht zu wählen, da ihre Hochfrequenzdämpfung kleiner ist, die parasitäre Kapazität kleiner ist und die Übertragungsgeschwindigkeit schneller ist. Großer und niedriger Stromverbrauch, die folgenden Prinzipien sind für die Verdrahtung der Leiterplatte erforderlich

(1) Halten Sie so viel Platz wie möglich zwischen allen parallelen Signalleitungen, um Übersprechen zu reduzieren. Wenn es zwei Signaldrähte gibt, die nah beieinander liegen, ist es am besten, einen Erdungskabel zwischen den beiden Drähten zu führen, der eine abschirmende Rolle spielen kann.

(2) Vermeiden Sie beim Entwurf von Signalübertragungsleitungen scharfe Wendungen, um Reflexionen aufgrund plötzlicher Änderungen der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung zu verhindern. Versuchen Sie, eine einheitliche Bogenlinie mit einer bestimmten Größe zu entwerfen.

(3) Die Breite der gedruckten Linie kann gemäß der oben genannten charakteristischen Impedanzberechnungsformel der Mikrostreifenlinie und der Streifenlinie berechnet werden. Die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung auf der Leiterplatte liegt im Allgemeinen zwischen 50 und 120Ω. Um eine große charakteristische Impedanz zu erhalten, muss die Linienbreite sehr schmal sein. Aber sehr dünne Linien sind nicht einfach zu machen. Unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren ist es im Allgemeinen angebracht, einen Impedanzwert von etwa 68Ω zu wählen, da die charakteristische Impedanz von 68Ω das beste Gleichgewicht zwischen Verzögerungszeit und Stromverbrauch erzielen kann. Eine 50Ω Übertragungsleitung verbraucht mehr Strom; Natürlich kann eine größere Impedanz den Stromverbrauch verringern, aber es erhöht die Übertragungsverzögerungszeit. Die negative Leitungskapazität erhöht die Übertragungsverzögerungszeit und verringert die charakteristische Impedanz. Jedoch ist die intrinsische Kapazität pro Einheitslänge des Leitungssegments mit sehr niedriger Kennimpedanz relativ groß, so dass die Übertragungsverzögerungszeit und die charakteristische Impedanz weniger von der Lastkapazität beeinflusst werden. Ein wichtiges Merkmal einer ordnungsgemäß beendeten Übertragungsleitung ist, dass die kurze Nebenstrecke keinen Einfluss auf die Leitungsverzögerungszeit haben sollte. Wenn Z0 50Ω. Die Länge des Aststubs muss auf 2,5cm oder weniger begrenzt sein. Um lautes Klingeln zu vermeiden.

(4) Für doppelseitige Leiterplatten (oder vierschichtige Linien in einer sechsschichtigen Leiterplatte). Die Leitungen auf beiden Seiten der Leiterplatte sollten senkrecht zueinander stehen, um Übersprechen durch gegenseitige Induktion zu verhindern.

(5) If there are high-current devices on the Leiterplatte, wie Relais, Kontrollleuchten, Lautsprecher, etc., Ihre Erdungskabel sollten separat getrennt werden, um das Rauschen auf dem Erdungskabel zu reduzieren. Die Erdungskabel dieser Hochstromgeräte Es sollte an einen unabhängigen Massebus auf der Steckplatine und der Backplane angeschlossen werden, und diese unabhängigen Erdungskabel sollten auch mit dem Erdungspunkt des gesamten Systems verbunden werden.

(6) Wenn es einen kleinen Signalverstärker auf der Platine gibt, sollte die schwache Signalleitung vor der Verstärkung weit von der starken Signalleitung entfernt sein, und die Spur sollte so kurz wie möglich sein, und wenn möglich, sie mit einem Erdungskabel abschirmen.