Технология PCB - Конструкция обеспечения целостности высокоскоростного сигнала на высокоскоростных печатных платах

По мере увеличения скорости переключения выходных сигналов интегральных схем и увеличения плотности печатных плат целостность сигнала (SI) стала одной из проблем, требующих внимания при проектировании высокоскоростных печатных плат. Такие факторы, как параметры компонентов и печатной платы, расположение компонентов на печатной плате и высокоскоростная маршрутизация сигнала, могут привести к нарушению целостности высокоскоростного сигнала, что приведет к нестабильной или даже нефункциональной работе систем.

С развитием технологий все большему количеству продуктов и систем приходится сталкиваться со все более жесткими требованиями к производительности и увеличению объема обработки данных, что привело к тому, что высокоскоростное проектирование печатных плат постепенно стало одним из передовых навыков, которым должны овладеть современные инженеры по печатным платам.

высокоскоростное проектирование печатных плат

Хорошая целостность высокоскоростного сигнала означает, что при необходимости сигнал реагирует с правильным временем и уровнем напряжения. И наоборот, проблема целостности сигнала возникает, когда сигнал реагирует неправильно.

Проблемы с целостностью высокоскоростного сигнала могут вызывать или непосредственно способствовать искажению сигнала, ошибкам синхронизации, неправильным данным, адресам и линиям управления, а также системным сбоям и даже сбоям в работе системы.

Проблемы с целостностью высокоскоростного сигнала на печатной плате в основном связаны с отражением сигнала, перекрестными помехами, задержкой сигнала и временными ошибками.

1.Проблемы с целостностью высокоскоростного сигнала на печатной плате - передача отраженного сигнала по линии передачи, когда характеристический импеданс линии передачи на высокоскоростной печатной плате и импеданс источника сигнала или импеданс нагрузки не совпадают, сигнал отражается, так что в форме сигнала появляются проскоки, занижения и, как следствие, звон феномен.

Скачок напряжения - это первый пик (или понижение) скачка сигнала, который является дополнительным эффектом напряжения выше уровня источника питания или ниже опорного уровня заземления.

Понижение напряжения - это следующий пониженный уровень (или пик) скачка сигнала. Значительное превышение напряжения может привести к повреждению устройства при частых и длительных ударах током. Понижение напряжения приведет к снижению помехоустойчивости, а время, необходимое для стабилизации сигнала, увеличится, что повлияет на синхронизацию системы.

2.Проблемы с целостностью высокоскоростного сигнала на печатной плате - перекрестные помехи

В печатной плате перекрестные помехи относятся к тому, когда сигнал распространяется по линии передачи из-за электромагнитной энергии через взаимную емкость и взаимную индуктивную связь с соседней линией передачи, генерируемой нежелательными шумовыми помехами, которые вызваны взаимодействием различных структур электромагнитного поля в одной и той же области. Взаимная емкость индуцирует связанный ток, называемый емкостными перекрестными помехами. Взаимная индуктивность индуцирует напряжение связи, которое называется индуктивными перекрестными помехами. На печатной плате перекрестные помехи связаны с длиной трассы, расстоянием между сигнальными линиями и состоянием заземляющей плоскости.

3. Проблемы с целостностью высокоскоростного сигнала на печатной плате - задержка сигнала и ошибки синхронизации

Сигналы передаются по подводящим проводам печатной платы с ограниченной скоростью, и существует задержка передачи между моментом отправки сигнала со стороны драйвера и моментом, когда он достигает приемника. Чрезмерная задержка сигнала или несоответствие задержки сигнала может привести к ошибкам синхронизации и сбиванию с толку функций логического устройства.

Методы проектирования печатных плат для обеспечения высокоскоростной целостности сигнала.

Чтобы лучше обеспечить целостность сигнала в процессе проектирования печатных плат, можно рассмотреть следующие аспекты.

1.Конструктивные особенности схемы. Это включает в себя управление количеством синхронно переключаемых выходов, управление максимальной частотой входных сигналов (dI/dt и dV/dt) каждого модуля для получения минимальной и приемлемой частоты входных сигналов. Выбор дифференциальных сигналов для функциональных блоков с высокой выходной мощностью, таких как тактовые драйверы. Отключите пассивные компоненты (например, резисторы, конденсаторы и т.д.) от линии электропередачи, чтобы обеспечить согласование полного сопротивления между линией электропередачи и нагрузкой.

2.Сведите к минимуму длину параллельной проводки.

3.Размещайте компоненты вдали от интерфейсов ввода-вывода и других зон, подверженных помехам и взаимному взаимодействию, и минимизируйте расстояние между компонентами.

4.Сократите расстояние между точкой выравнивания сигнала и опорной плоскостью.

5.Уменьшите сопротивление точки выравнивания и уровень возбуждения сигнала.

6.Согласование клемм. Может быть добавлена схема согласования клемм или соответствующие компоненты.

7.Параллельная схема выравнивания, обеспечивающая достаточное расстояние между точками выравнивания и уменьшающая индуктивную связь.

Целостность высокоскоростного сигнала является важной концепцией при проектировании высокоскоростных печатных плат, которую нельзя игнорировать, чтобы гарантировать, что высокоскоростная печатная плата имеет хорошую целостность высокоскоростного сигнала, инженерам по печатным платам необходимо интегрировать различные факторы, влияющие на разумную компоновку, чтобы улучшить производительность продукта.