Conception électronique - Comment résoudre les problèmes de réflexion si sur une ligne de transmission PCB

1. Causes du problème si

Un problème si commun est la réflexion, et nous savons que les lignes de transmission de carte PCB ont la propriété d'une "impédance caractéristique", ce qui se produit lorsque les "impédances caractéristiques" des différentes parties du lien d'interconnexion ne correspondent pas.

Les problèmes de réflexion si dans la représentation de la forme d'onde du signal sont: surtension / surtension / sonnerie, etc.

La figure ci - dessous montre un lien d'interconnexion de signaux à grande vitesse typique. La voie de transmission du signal comprend: 1. Puce émettrice (boîtier et via PCB) 2. Câblage PCB de la carte fille 3. Câblage PCB de la carte fille 4. Câblage PCB de la plaque arrière 5. Connecteur de carte Peer - to - peer 6. Câblage PCB de la carte homologue 7. Capacité de couplage alternatif 8. Puce de récepteur (encapsulation et via PCB)

Figure 1. Liens d'interconnexion de signaux à grande vitesse typiques

Il s'ensuit que le lien d'interconnexion de signal à grande vitesse des produits électroniques réels est relativement complexe, et que les points de connexion de différents composants présentent généralement une discordance d'impédance, ce qui entraîne l'émission de signaux.

Discontinuité d'impédance commune pour les liens d'interconnexion à haut débit:

(1) Chip Packaging: normalement, la largeur de câblage PCB est beaucoup plus mince que la carte PCB normale sur le substrat d'emballage de puce, le contrôle d'impédance n'est pas facile;

(2) via PCB: le via PCB est généralement un effet capacitif, l'impédance caractéristique est faible, la conception de PCB doit être notée et optimisée;

(3) connecteurs: la conception des liaisons d'interconnexion en cuivre dans les connecteurs doit être influencée simultanément par la fiabilité mécanique et les propriétés électriques afin de rechercher un équilibre entre les deux;

D'autre part, le câblage PCB, le contrôle d'impédance est généralement plus facile que d'autres éléments d'interconnexion, l'accent est mis sur la conception en couches, la sélection de la plaque, mais généralement la tolérance de contrôle d'impédance de l'usine de carte de traitement PCB est de 10%, pour atteindre 5 - 8% de contrôle de tolérance d'impédance nécessite souvent un coût de traitement plus élevé.

2. Théorie de base de la réflexion de la ligne de transmission

Lorsqu'un conducteur ajoute un signal à une ligne de transmission, l'amplitude du signal dépend de la tension et de la résistance du conducteur et de l'impédance de la ligne. La tension initiale sur le conducteur est contrôlée en divisant la tension entre sa propre résistance et l'impédance de la ligne de transmission.

La figure suivante décrit la forme d'onde initiale appliquée à la ligne de transmission longue. La tension initiale VI est transmise à la ligne de transmission jusqu'à ce qu'elle atteigne la fin. L'amplitude de VI est déterminée par la tension partielle de la résistance du conducteur et l'impédance de la ligne de transmission:

Figure 2. Propagation de la forme d'onde du signal sur une longue ligne de transmission

Si l'extrémité de la ligne de transmission est terminée par une impédance et que cette impédance est adaptée à l'impédance de la ligne, le signal d'amplitude VI sera terminé à la masse et la tension VI restera en ligne jusqu'à ce que l'alimentation soit commutée. Dans ce cas, VI est un régime continu. Sinon, si l'impédance à l'extrémité de la ligne de transmission n'est pas l'impédance caractéristique de la ligne, une partie du signal se termine à la masse et le reste sera réfléchi vers la ligne de transmission et renvoyé à la source. La quantité de signal réfléchie en retour est déterminée par le coefficient de réflexion qui est déterminé par le rapport de la tension réfléchie à la tension d'entrée en un point donné. Ce point est défini comme une discontinuité d'impédance sur la ligne de transmission. La discontinuité d'impédance peut être une partie d'une ligne de transmission ayant des impédances caractéristiques différentes, ou une résistance d'extrémité ou une impédance d'entrée d'un tampon à puce.

Où Z0 est l'impédance standard de la ligne de transmission et ZT est l'impédance des points discontinus de la ligne de transmission.

Cette équation suppose que le signal transmis sur une ligne de transmission présentant une impédance caractéristique Z0 rencontre une impédance discontinue ZT. Notez que si Z0 = ZT, le coefficient de réflexion est 0, ce qui signifie qu'il n'y a pas de réflexion. Le cas où Z0 est égal à ZT est appelé l'extrémité correspondante.

Comme le montre la figure suivante, lorsque la forme d'onde d'entrée se termine par ZT, une partie du signal viÍ est réfléchie vers la source et ajoutée à la forme d'onde d'entrée, l'amplitude de l'ensemble de la forme d'onde du signal d'entrée étant viË + vi. La partie réfléchie peut générer une autre réflexion à partir de la source et la réflexion et la réflexion se poursuivent jusqu'à ce que la ligne de transmission soit stabilisée.

Figure 3. Réflexion du signal en cas de désaccord d'impédance

Lorsque la ligne de transmission est parfaitement adaptée, court - circuitée et ouverte, le coefficient de réflexion est le suivant:

Figure 4. (A) coefficient de réflexion du terminal (b) court - circuit (c) circuit ouvert

Dans l'application pratique des liens d'interconnexion, il n'y a pas de ligne de transmission idéale, il n'est pas possible de l'adapter avec précision, de sorte que la réflexion du signal doit nécessairement exister, et la clé de la conception du PCB est de savoir comment la partie impédance du lien d'interconnexion minimise l'écart, réduisant ainsi l'amplitude du signal réfléchi et évitant l'effet fatal de réflexions multiples sur la qualité du signal.