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高速PCBボードにおける信号リフローとクロスセグメンテーション
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高速PCBボードにおける信号リフローとクロスセグメンテーション

高速PCBボードにおける信号リフローとクロスセグメンテーション

2022-04-12
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Author:pcb

Regarding the signal return and cross-segmentation in high-speed PCBボード, ここで単に「シナリオ」が構築される, グランドリターン, パワーリターンといくつかのクロスセグメンテーション問題は、次の図と共に導入されます. 図面の便宜のために, 層間隔は拡大される.

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IC 1は信号出力端子である, IC2 is the signal input terminal (to simplify the PCBボード モデル, it is assumed that the receiving terminal contains a lower connection resistance). 第3の層は接地層である. IC 1とIC 2の両方の理由は、第3のグランドプレーンから来ます. 上部層の右上隅はパワープレーンである, 電源の正極に接続されている. C 1およびC 2は、IC 1およびIC 2のデカップリングコンデンサである, それぞれ. 図に示されるチップの電源及び接地ピンは、送受信信号端子の電源及びグラウンドである. 低周波で, S 1端末が高レベルを出力するなら, 電流ループ全体は、電源がVCC電力面に接続されていることである, その後、オレンジパス, それから、S 1ターミナルから出る, そして、ワイヤの第2の層に沿ってR 1端子を通ってIC 2に入る. その後、GND層を入力し、赤色パスを介して電源の負の極に戻る.

しかし, 高周波で, PCBによって提示された分配特性は信号に大きな影響を与える. 我々がしばしば言う地面戻りは、しばしば高周波信号で遭遇される問題です. 信号線のS 1からR 1までの増加電流があるとき, 外部磁場は急速に変化する, これは近くの導体に逆電流を誘起する. 第3の層のグランドプレーンが完全なグランドプレーンである場合, 地面に青色の点線でマークされた電流がある一番上の層が完全なパワープレーンを持っているならば, 青色ドットリフローに沿って上部層に電流が存在する. この時に, 信号ループは電流ループを有する, 外部に放射されるエネルギー, そして、外部信号を結合する能力. (The skin effect at high frequencies also radiates energy outward, 原理は同じである.)

Since the high-frequency signal level and current change rapidly, しかし、変化期間は短いです, 必要なエネルギーはあまり大きくない, したがって、チップはチップに近いデカップリングコンデンサによって給電される. When C1 is large enough and the response is fast enough (with very low ESR value, セラミックコンデンサは、通常使用されます. セラミックコンデンサのESRはタンタルコンデンサよりもはるかに低い.), 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).

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したがって, 図に建設された環境によると, 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. 電流の垂直方向に茶色の等価電流があることが分かる, そして、磁場は、中央. 同時に, このトーラスは、外部干渉に容易に結合することもできる. 図の信号がクロック信号である場合, 並列に8ビットのデータラインのグループがあります, 同じチップの同じ電源で動く, 現在の戻りパスは同じです. データ線が同じ方向に同じ時にひっくり返されるならば, クロックに大きな逆電流が誘起される. クロック線がよく合わないならば, このクロストークはクロック信号に致命的な影響を及ぼすのに十分である. このクロストークの強度は、干渉源のレベルに比例しない, しかし、干渉源の電流変化率に比例する. 純粋に抵抗的な荷重, クロストーク電流はdiに比例する/DT = dv /( T10%-90%*R). 公式で, ディ/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, ディ/DTはT 10 %に関係している.). 式から、低速信号のクロストークは、高速信号のクロストークよりも小さいことがわかる. それは、我々が言ったものです:1 kHzの信号は、必ずしも低速信号でありません, そして、エッジ状況を包括的に考慮すべきである. 非常に急なエッジの信号について, 多くの高調波成分を含み、各周波数逓倍点で大きな振幅を有する. したがって, また、デバイスを選択するときに注意を払う必要があります. 盲目的に高速スイッチング速度でチップを選択しないでください, どちらが高いのか, しかし、クロストークとEMC問題も増加させます.

GNDへの低リアクタンス経路を提供するために、信号の両端に適切なコンデンサを有する任意の隣接するパワープレーンまたは他のプレーンは、その信号のための戻り面として作用することができる. 通常の用途では, トランシーバの対応するチップIO電源は、しばしば同じである, 一般的に0.01 - 0.各々の電源およびグランド間の1 ufデカップリングコンデンサ, そして、これらのコンデンサも信号の両端にある, したがって、パワープレーンのリターンフロー効果は接地面に対してのみ2番目である. リターンフロー用の他のパワープレーンを使用する場合, 信号の両端に接地への低いリアクタンス経路はしばしばない. このように, 隣接する平面において誘導された電流は、最寄りのキャパシタンスを接地に戻す. 「近くのコンデンサ」がスタートまたは終わりから遠く離れているならば, リターンフローは、完全なリターンパスを形成するために「長い旅」を通過しなければなりません, そして、この経路は隣接信号の戻り経路でもある. この同じリターンフローは、チャンネルと一般の地面干渉の影響が同じです, これは信号間のクロストークに等しい.

いくつかの避けられないクロスパワー分割状況, 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. 特定の値は、独自の信号型によって異なります, それは高周波リターンパスを提供することである, but also to isolate low-frequency crosstalk between the mutual planes). これは、電源プレーン間にコンデンサを追加することを含む, ちょっとコミカルだ, 確かに. 若干の仕様によって許されないならば, コンデンサは、分割された2つの平面上に接地されることができる. 帰りのために他の飛行機を借りる場合, いくつかの小さなコンデンサを信号の両端で適切に接地に追加して、戻り経路を提供することができる. しかし、このアプローチはしばしば達成するのが難しい. 端子の近くの表面空間の大部分は、整合抵抗器およびチップのデカップリングコンデンサによって占有される PCBボード.