ПЕЧАТНАЯ PCB - Высокоскоростной дизайн печатных плат - 10 важных вещей, которыми стоит поделиться

При изучении технологии высокоскоростного проектирования печатных плат необходимо понять и освоить множество аспектов, таких как общая целостность сигнала. Отражение. Перекрестные помехи. Помехи по мощности. Фильтрация и т.д. 

1.Целостность сигнала

Целостность сигнала (англ. Signal integrity, SI) относится к качеству сигнала в канале передачи, каналом передачи может быть обычный металлический провод, оптические устройства, а также другие носители информации.

На коротких расстояниях.При низкой скорости передачи данных простой проводник может надежно передавать сигнал.

На больших расстояниях.Если сигнал с высокой скоростью передачи данных проходит через несколько разных проводников, множественные эффекты могут ухудшить достоверность сигнала, так что система или устройство не смогут функционировать должным образом.

По мере увеличения скорости переключения выходных сигналов интегральных схем и увеличения плотности печатных плат целостность сигнала стала одной из проблем, требующих внимания при проектировании высокоскоростных печатных плат.

Компоненты и параметры печатной платы.Расположение компонентов на печатной плате.Высокоскоростная передача сигнала и другие факторы могут вызвать проблемы с целостностью сигнала, что приводит к нестабильной работе системы или даже к полному отказу.

Проблемы целостности сигнала, которые следует учитывать, в основном связаны с помехами.Перекрестные помехи.Отскок от земли. Перекос.Потеря сигнала и помехи в источнике питания.

Высокоскоростное проектирование печатных плат

2.Отражение

Отражение - это эхо-сигнал на линии передачи.Часть мощности сигнала (напряжение и ток) передается по линии и достигает нагрузки, но часть его отражается.

Если источник и нагрузка имеют одинаковое сопротивление, отражения не возникают.Несоответствие между импедансами источника и нагрузки вызывает отражения на линии, и нагрузка отражает часть напряжения обратно к источнику.

Если полное сопротивление нагрузки меньше полного сопротивления источника, отраженное напряжение будет отрицательным, и наоборот, если полное сопротивление нагрузки больше полного сопротивления источника, отраженное напряжение будет положительным.

Геометрия проводки.Неправильное окончание провода.Такие отражения могут быть вызваны изменениями в передаче через разъемы и разрывами в силовой линии.

3.Перекрестные помехи

Перекрестные помехи - это связь между двумя сигнальными линиями, взаимная индуктивность и взаимная емкость между сигнальными линиями вызывают помехи в линии.

Емкостная связь индуцирует связанные токи, в то время как индуктивная связь индуцирует связанные напряжения. Параметры слоев печатной платы.Расстояние между сигнальными линиями.Электрические характеристики формирователя и приемника, а также конец линии, на котором осуществляется подключение к каналу, оказывают определенное влияние на перекрестные помехи.

4.Характеристический импеданс

Прежде всего, давайте проясним несколько понятий, которые мы часто встречаем в импедансе.Характеристический импеданс.Переходный импеданс, строго говоря, они разные, но все изменения не отходят от оригинала, они по-прежнему являются основным определением импеданса:

4.1 Входное сопротивление в начале линии передачи называется просто импедансом;

4.2 Сигнал, который в любой момент времени сталкивается с постоянным сопротивлением, называется переходным сопротивлением;

4.3 Если линия передачи имеет постоянное переходное сопротивление, это называется характеристическим сопротивлением линии.

4.4 Характеристический импеданс описывает переходное сопротивление, которому подвергается сигнал при его прохождении по линии передачи, и является основным фактором, влияющим на целостность сигналов в цепи линии передачи.

4.5 Если не указано иное, то характеристический импеданс обычно используется для обозначения полного сопротивления линии передачи.

PS: При проектировании высокоскоростных печатных плат целью является поддержание как можно более стабильного полного сопротивления сигнала во время передачи, и это должно быть достигнуто путем поддержания стабильного полного сопротивления линии передачи.

5.Целостность электропитания

Целостность электропитания, или PI, - это возможность проверки соответствия напряжения и тока в источнике и пункте назначения источника питания предъявляемым требованиям.

Надежность электропитания очень важна в современных электронных изделиях.Существует несколько уровней надежности электропитания: уровень платы.Уровень корпуса микросхемы.Уровень платы и системный уровень.

Среди них надежность электропитания на уровне платы должна соответствовать следующим трем требованиям:

Следите за тем, чтобы пульсации напряжения на выводах микросхемы были меньше, чем указано в спецификации (например, не превышали +/-50 мВ между напряжением и 1 В).

Контролируйте отскок от земли (также известный как шум синхронизации SSN.SSO на выходе синхронизации).

Снижение уровня электромагнитных помех (EMI) и поддержание электромагнитной совместимости (EMC): Сеть распределения электроэнергии (PDN) представляет собой проводник типа платы, который также является антенной, подверженной излучению и приему помех.

Высокоскоростное проектирование печатных плат

6.Помехи от источника питания

Помехи от источника питания - это разновидность электромагнитных помех, спектр передаваемых ими шумов составляет примерно 10 кГц ~ 30 МГц, вплоть до 150 МГц.

Помехи от источника питания, особенно кратковременные, быстро нарастают.Кратковременность.Высокая амплитуда напряжения.В микрокомпьютере и цифровых схемах наблюдается сильная хаотичность, что приводит к серьезным помехам.

В высокочастотных цепях источник питания с шумом высокочастотных сигналов особенно очевиден.В этом случае первое требование заключается в том, чтобы источник питания был малошумящим.Здесь чистое заземление так же важно, как и чистый источник питания.

7.Фильтрация волн

Волновая фильтрация - это операция по выделению из сигнала определенных частот волн, которая является важной мерой для подавления и предотвращения помех.Фильтрация делится на классическую фильтрацию и современную фильтрацию.

8.Параллельная шина

Параллельная шина - это общий физический канал связи между двумя или более устройствами, набор сигнальных линий и общее соединение между несколькими компонентами для передачи информации между ними.

Учитывая различные режимы работы, шины можно разделить на два типа: параллельные и последовательные.

Параллельная шина: Он может передавать несколько битов данных одновременно, подобно широкой дороге, по которой несколько автомобилей могут ехать бок о бок, а также имеет двустороннюю однонаправленную связь.

9.Последовательная шина

Последовательная шина: в то же время может передавать только данные, как если бы автомобиль мог передвигаться только по узкой дороге, данные должны передаваться один за другим.Это выглядит как длинная строка данных, поэтому она называется ‘последовательной’.

10.Топология

Топология относится к форме взаимосвязи узлов в сети, топология проектирования печатных плат относится к соединению между чипами.

Обычно используемые топологии включают в себя "точка-точка".Последовательная цепь.Удаленный кластер.Звезда и так далее.

вышеизложенное относится к iPCB, и мы делимся 10 важными вопросами, связанными с высокоскоростным проектированием печатных плат, которые, я надеюсь, помогут вам усвоить.