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Blogue PCB - Retour du signal et Division croisée dans les PCB à grande vitesse

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Blogue PCB - Retour du signal et Division croisée dans les PCB à grande vitesse

Retour du signal et Division croisée dans les PCB à grande vitesse

2022-04-12
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Author:pcb

Regarding the signal return and cross-segmentation in high-speed PCB board, Voici une simple "scène", Et circuits au sol, Combiné à la figure ci - dessous, le courant de retour de puissance et certains problèmes de division croisée sont introduits.. Pour faciliter le dessin, Augmentation de l'espacement des couches.

PCB board

Ic1 est le terminal de sortie du signal, IC2 is the signal input terminal (to simplify the PCB board Modèle, it is assumed that the receiving terminal contains a lower connection resistance). Le troisième étage est le plancher. La mise à la terre ic1 et ic2 provient de la troisième couche de mise à la terre.. Le coin supérieur droit du rez - de - chaussée est le panneau d'alimentation, Connectez - vous à l'alimentation positive. C1 et C2 sont des condensateurs de découplage pour ic1 et ic2, Séparément.. Les broches d'alimentation et de mise à la terre de la puce illustrée sont l'alimentation électrique et la mise à la terre des bornes de transmission et de réception du signal.. Basse fréquence, Si la sortie du terminal S1 est élevée, Toute la boucle de courant est câblée au tableau d'alimentation VCC, Puis vous passez par le chemin Orange vers ic1, Puis quittez le terminal S1, Et à travers le terminal R1, le long de la deuxième couche de fil, dans ic2. Puis entrez dans la couche GNd et retournez à l'alimentation négative par le canal rouge.

Cependant,, À haute fréquence, Les caractéristiques de distribution des PCB auront un impact significatif sur le signal. L'écho au sol est un problème courant dans les signaux à haute fréquence.. Lorsque le courant dans la ligne de signal S1 à R1 augmente, Le champ magnétique externe change rapidement, Cela crée un courant inverse dans les conducteurs voisins. Si le sol de la troisième couche est un sol complet, Courant marqué d'une ligne bleue pointillée sur le sol; Si la couche supérieure a un plan d'alimentation complet, Il y aura également du courant dans la couche supérieure de la soudure de Reflow le long du point bleu. En ce moment., La boucle de signal a une boucle de courant, Énergie rayonnée vers l'extérieur, Et la capacité de coupler des signaux externes. (The skin effect at high frequencies also radiates energy outward, Le principe est le même..)

Since the high-frequency signal level and current change rapidly, Mais la période de changement est très courte, L'énergie nécessaire n'est pas grande, La puce est donc alimentée par un condensateur de découplage près de la puce. When C1 is large enough and the response is fast enough (with very low ESR value, Les condensateurs céramiques sont généralement utilisés. L'esr du condensateur céramique est beaucoup plus faible que celle du condensateur tantale.), the orange path on the top layer and the red path on the GND layer can be It is regarded as non-existent (there is a current corresponding to the power supply of the whole board, but not the current corresponding to the signal shown in the figure).

PCB board

Donc,, Selon l'environnement construit dans la figure, the entire path of the current is: from the positive pole of C1 -> VCC of IC1 -> S1 -> L2 signal line -> R1 -> GND of IC2 -> via hole -> $ of the GND layer Path -> Via -> Capacitor Negative. On peut voir qu'il y a un courant équivalent brun dans la direction verticale du courant, Un champ magnétique est créé au milieu. En même temps, Ce cercle est également facilement couplé aux interférences externes. Si le signal dans l'image est un signal d'horloge, Il y a un ensemble parallèle de lignes de données 8 bits, Alimenté par la même source d'énergie sur la même puce, Le chemin de retour actuel est le même. Si les lignes de données tournent simultanément dans la même direction, Un grand courant inverse est détecté sur l'horloge. Si les lignes d'horloge ne correspondent pas, Ce crosstalk est suffisant pour avoir un impact mortel sur le signal d'horloge. L'intensité de ce Crosstalk n'est pas proportionnelle au niveau de la source d'interférence, Mais directement proportionnel au taux de variation du courant de la source d'interférence. Pour une charge de résistance pure, Le courant de crosstalk est proportionnel à di/DT = DV /( T10%-90%*R). Dans la formule, Interface de données/dt (current rate of change), dV (swing of the interference source) and R (interference source load) all refer to the parameters of the interference source (if it is a capacitive load, Interface de données/DT est inversement proportionnel à T10% - 90% du carré.). Comme on peut le voir à partir de la formule, le crosstalk du signal à basse vitesse n'est pas nécessairement inférieur au Crosstalk du signal à haute vitesse.. C'est ce que nous appelons: un signal kHz n'est pas nécessairement un signal à basse vitesse, Les situations marginales doivent être prises en considération de manière globale.. Pour les signaux avec des bords très raides, Il contient de nombreux composants harmoniques et a une amplitude plus grande à chaque point d'octave. Donc,, Il faut également veiller à ce que les appareils soient sélectionnés. Ne sélectionnez pas aveuglément les puces à commutation rapide, Ce n'est pas seulement coûteux., Mais cela augmente également les échanges et les problèmes EMC.

Tout plan d'alimentation adjacent ou tout autre plan peut être utilisé comme plan de retour du signal s'il y a un condensateur approprié sur le signal pour fournir une trajectoire de faible réactance au GNd.. En application générale, La puissance io de la puce correspondante de l'émetteur - récepteur est généralement la même, Normalement 0.01 - 0.Condensateur de découplage 1uf entre chaque alimentation électrique et la mise à la terre, Ces condensateurs sont également situés aux deux extrémités du signal, Par conséquent, l'effet de retour du plan d'alimentation n'est qu'après le plan au sol.. Lors de l'utilisation d'un autre panneau d'alimentation, Il n'y a généralement pas de trajectoire de mise à la terre à faible réactance aux deux extrémités du signal.. C'est tout., Le Courant induit dans le plan adjacent trouvera la capacité la plus proche du sol. Si le « condensateur proche» est éloigné du point de départ ou du point final, Le flux de retour doit être « longue distance» pour former un chemin de retour complet, Ce chemin est également le chemin de retour des signaux adjacents. Les mêmes canaux de retour et les mêmes effets de l'interférence terrestre commune, équivalent à une conversation croisée entre les signaux.

Pour certains cas inévitables de partage de puissance croisée, a high-pass filter (such as a 10-ohm resistor series 680p capacitor) can be connected across a capacitor or a RC series connection at the cross-segmented place. La valeur dépend de votre propre type de signal, Fournit un chemin de retour à haute fréquence, but also to isolate low-frequency crosstalk between the mutual planes). Cela peut impliquer l'ajout de condensateurs entre les panneaux d'alimentation, C'est drôle., Mais ça marche.. Si certaines spécifications ne permettent pas, Les condensateurs peuvent être mis à la terre sur deux plans séparés. Retour par emprunt d'autres aéronefs, De petits condensateurs peuvent être ajoutés au sol aux deux extrémités du signal pour fournir une trajectoire de retour.. Mais cette approche est souvent difficile à mettre en œuvre. Parce qu'une grande partie de l'espace de surface près des bornes est occupée par des résistances appariées et des condensateurs de découplage sur la puce PCB board.