Технология PCB - Контролирует ли дизайн PCB помехи цифровой системе?

1. Каковы причины сговора?

Когда сигнал распространяется вдоль проводки PCB, его электромагнитные волны также распространяются вдоль проводки с одного конца чипа интегральной схемы на другой конец линии. Во время распространения электромагнитные волны генерируют переходное напряжение и ток из - за электромагнитной индукции.

Электромагнитные волны включают электрические и магнитные поля, изменяющиеся со временем. На самом деле, в PCB электромагнитное поле не ограничивается различными проводками, значительная часть энергии электромагнитного поля присутствует за пределами проводки. Поэтому, если рядом есть другие линии, их электрическое поле и магнитное поле влияют на другие линии, когда сигнал распространяется по линии. Согласно уравнению Максвелла, изменяющиеся во времени электрические поля и магнитные поля приводят к тому, что соседние проводники генерируют напряжение и ток. Таким образом, электромагнитное поле, сопровождающее процесс распространения сигнала, приводит к тому, что соседние линии генерируют сигнал, что приводит к последовательным помехам.

2. Конденсаторные свойства прямых помех

Прямые помехи проявляются двумя взаимосвязанными характеристиками: емкостью и восприятием. Когда сигнал "вторжения" продвигается вперед, в "жертве" генерируется сигнал напряжения с той же фазой. Скорость сигнала такая же, как и у сигнала "вторжения", но всегда перед сигналом "вторжения". Это означает, что сигналы последовательного возмущения не распространяются заранее, а связаны с большим количеством энергии с той же скоростью, что и сигналы « вторжения».

Поскольку изменение « инвазивного» сигнала приводит к последовательному возмущению сигнала, импульс прямого последовательного возмущения не является однополярным, а имеет положительную и отрицательную полярность. Продолжительность импульса равна времени переключения сигнала « вторжения».

емкость связи между проводами определяет амплитуду импульса прямого последовательного возмущения, емкость связи определяется многими факторами, такими как материал PCB, геометрические размеры, положение пересечения линий и т. Д. Амплитуда пропорциональна расстоянию между параллельными линиями: чем длиннее расстояние, тем больше импульс последовательного возмущения. Однако амплитуда импульсов тандемных помех имеет верхний предел, так как сигнал "вторжения" постепенно теряет энергию, а "жертва", в свою очередь, связывается обратно "захватчику".

индуктивные свойства прямых помех

Когда сигнал « вторжения» распространяется, изменяющееся магнитное поле в это время также создает последовательное возмущение: прямое последовательное возмущение с индуктивными свойствами. Но сенсорные помехи и конденсаторные помехи значительно отличаются: полярность перпендикулярных помех противоположна интерференциям передних конденсаторов. Это связано с тем, что в прямом направлении конденсаторные и воспринимающие части последовательных помех конкурируют друг с другом и компенсируют друг друга. На самом деле, когда прямые конденсаторные помехи равны воспринимаемым последовательным помехам, нет прямых последовательных помех.

Во многих устройствах прямые и последовательные помехи очень малы, а обратные последовательные помехи становятся основной проблемой, особенно для длиннополосных плат, поскольку конденсаторная связь усиливается. Однако без моделирования практически невозможно знать, в какой степени сенсорные и конденсаторные помехи взаимно компенсируют друг друга.

Если вы измерили прямое последовательное возмущение, вы можете определить, является ли ваша линия следа конденсаторной или индуктивной связью в зависимости от ее полярности. Если полярность последовательных помех такая же, как и у сигнала « вторжения», то преобладают конденсаторные связи, в противном случае преобладают индуктивные связи. В PCB - панелях индуктивная связь обычно сильнее.

Физическая теория обратного последовательного возмущения такая же, как и теория переднего последовательного возмущения: электрическое поле и магнитное поле сигнала « вторжения» генерируют сенсорные и конденсаторные сигналы в организме « жертвы». Однако между ними также существуют различия.

Самое большое различие заключается в продолжительности сигнала обратного последовательного возмущения. Поскольку сигналы прямого последовательного возмущения и "вторжения" распространяются в том же направлении и с той же скоростью, продолжительность прямого последовательного возмущения такая же, как и продолжительность сигнала "вторжения". Однако обратный тандемный и "инвазивный" сигнал распространяется в противоположном направлении, он отстает от "инвазивного" сигнала и вызывает длинный ряд импульсов.

В отличие от прямого последовательного возмущения, амплитуда импульса обратного последовательного возмущения не зависит от длины линии, а длительность импульса в два раза превышает время задержки сигнала « вторжения». - Почему? Предположим, вы наблюдаете обратные помехи от начала сигнала. Когда сигнал « вторжения» удаляется от отправной точки, он все равно генерирует обратный импульс, пока не появится другой сигнал задержки. Таким образом, общая продолжительность импульса обратного последовательного возмущения в два раза превышает время задержки сигнала « вторжения».

3. Отражение от обратных помех

Вас могут не волновать помехи между чипом привода и чипом приемника. Однако, почему вас беспокоит обратный импульс? Поскольку чип привода обычно является выходом с низким сопротивлением, он отражает больше сигналов последовательных помех, чем поглощает сигналы последовательных помех. Когда сигнал обратного последовательного возмущения достигает приводного чипа « жертвы», он отражается на принимающем чипе. Поскольку выходное сопротивление приводного чипа обычно ниже, чем у самого провода, это часто приводит к отражению сигнала последовательных помех.

В отличие от сигналов прямого последовательного возмущения с двумя характеристиками: индуктивностью и емкостью, сигнал обратного последовательного возмущения имеет только одну полярность, поэтому сигнал обратного последовательного возмущения не может быть компенсирован сам по себе. Полярность обратного сигнала последовательного возмущения и отраженного сигнала последовательного возмущения такая же, как и у « инвазивного» сигнала, и его амплитуда равна сумме этих двух частей.

Помните, что, когда вы измеряете импульс обратного последовательного возмущения на приемном конце « жертвы», сигнал последовательного возмущения уже отражается чипом, управляемым « жертвой». Вы можете наблюдать, что полярность сигнала обратного последовательного возмущения противоположна « инвазивному» сигналу.

В цифровом дизайне вас часто беспокоят некоторые количественные показатели. Например, независимо от того, когда и как возникают последовательные помехи, как в положительном, так и в обратном направлении, максимальный допустимый уровень шума составляет 150 мВ. Существует ли простой способ точного измерения шума? Простой ответ - « нет», потому что эффект электромагнитного поля слишком сложен и включает в себя ряд уравнений, топологическую структуру платы, аналоговые характеристики чипа и так далее.

4. Устранение перекрестных помех

Одним из способов является изменение одного или нескольких геометрических параметров, влияющих на связь, таких как длина линии, расстояние между линиями и стратифицированное положение платы. Другой способ - использовать терминал для изменения одной линии на многоканальную связь. Благодаря разумной конструкции многопроводные терминалы могут устранить большинство последовательных помех.

5. Длина линии

Многие дизайнеры считают, что сокращение длины линии является ключом к уменьшению помех. Фактически, почти все программное обеспечение для проектирования схем обеспечивает максимальную функцию управления длиной параллельных линий. К сожалению, трудно уменьшить количество последовательных помех, просто изменив геометрию.

Поскольку прямые помехи зависят от длины связи, они почти не уменьшаются, когда вы сокращаете длину линии без связи. Кроме того, если длина связи превышает задержку падения или подъема чипа привода, линейная зависимость между длиной связи и прямыми последовательными помехами достигнет значения насыщения. На этом этапе сокращение и без того длинных линий связи практически не влияет на уменьшение последовательных помех.

6. Трудности изоляции

Увеличить расстояние между линиями связи непросто. Если ваша проводка очень плотная, вы должны потратить много усилий, чтобы уменьшить плотность проводки. Если вы беспокоитесь о помехах, вы можете добавить один или два изоляционных слоя. Если вам нужно увеличить расстояние между линиями или сетями, вам лучше иметь простое программное обеспечение. Ширина и толщина схемы также могут влиять на помехи последовательного помех, но их влияние намного меньше, чем фактор расстояния схемы. Поэтому эти два параметра обычно редко корректируются.

Толщина диэлектрического материала влияет на помехи последовательного помех на большой длине. Как правило, приближение слоя проводки к слою питания (Vcc или земля) может уменьшить помехи от последовательных помех. Точное значение улучшенного эффекта должно быть определено путем моделирования.

7. Факторы расслоения

Некоторые разработчики PCB до сих пор не замечают стратифицированного подхода, который является серьезной ошибкой в проектировании высокоскоростных схем. Слоистость не только влияет на производительность линий передачи, таких как сопротивление, задержка и связь, но и работа схемы подвержена сбоям или даже изменениям. Например, невозможно уменьшить помехи от последовательных помех, уменьшив толщину диэлектрика на 5 миль, хотя это можно сделать с точки зрения затрат и процесса.

8. Смертельное оружие

К сожалению, этот терминал является дорогостоящим и не может быть реализован идеально, потому что сопротивление связи между некоторыми линиями передачи слишком мало, что приведет к тому, что большой ток будет поступать в чип привода. Сопротивление между линией передачи и землей не может быть слишком большим, чтобы управлять чипом. Если эти проблемы существуют, и вы планируете использовать этот тип терминала, попробуйте добавить несколько конденсаторов связи переменного тока.

Несмотря на некоторые трудности в реализации, терминалы с массивами сопротивлений остаются смертоносным оружием для обработки отражения сигналов и последовательных помех, особенно в суровых условиях. В других средах он может или не может работать, но это все еще рекомендуемый метод.