¿A qué debe prestar atención al dibujar PCB con líneas de alta velocidad para la placa central ARM?
Señales reflejadas
Errores de retardo y sincronización Errores de retardo y sincronización
Múltiples niveles lógicos de cruce Errores de umbral Error de conmutación
Sobreimpulso y subimpulso Sobreimpulso/insuficiente
Ruido (o diafonía) causado por diafonía
Radiación electromagnética
2. evitar efectos en las líneas de transmisión:
En vista de los impactos causados por los problemas de las líneas de transmisión anteriores, hablaremos sobre métodos para controlar estos impactos desde los siguientes aspectos.
1) Controle estrictamente la longitud de los cables de red clave.
Si hay bordes de alta velocidad en el diseño, se debe considerar el efecto de la línea de transmisión en la PCB. Todos los chips de circuitos integrados rápidos que se utilizan comúnmente hoy en día con frecuencias de reloj muy altas tienen este problema. Existen algunos principios básicos para resolver este problema: si se utilizan circuitos CMOS o TTL para el diseño, la frecuencia de funcionamiento debe ser inferior a 10 MHz y la longitud del cableado no debe ser superior a 7 pulgadas. La longitud del cableado no debe exceder las 1,5 pulgadas a 50 MHz. Si la frecuencia de funcionamiento es de 75 MHz o superior, la longitud del cableado debe ser de 1 pulgada. La longitud máxima del cableado para chips de GaAs debe ser de 0,3 pulgadas. Si se excede este estándar, pueden ocurrir problemas en la línea de transmisión.
2) Planificar razonablemente la topología del cableado.
Otra forma de abordar los efectos de la línea de transmisión es elegir la ruta de enrutamiento y la topología de terminación correctas. La topología del cableado se refiere a la secuencia y estructura del cableado de un cable de red. Cuando se utilizan dispositivos lógicos de alta velocidad, a menos que las longitudes de rama de las pistas se mantengan cortas, las señales con cambios rápidos de borde serán distorsionadas por las pistas de rama en el tronco de señal. Por lo general, el cableado de PCB adopta dos topologías básicas: cableado DaisyChain y distribución en estrella.
Con el cableado en cadena, el cableado comienza en el extremo del conductor y va a cada extremo del fregadero en secuencia. Si se utiliza una resistencia en serie para cambiar las características de la señal, la resistencia en serie debe colocarse cerca del extremo del controlador. El cableado en cadena funciona mejor cuando se trata de controlar la interferencia armónica en el cableado. Sin embargo, este método de enrutamiento tiene la tasa de enrutamiento más baja y el enrutamiento al 100% no es fácil. En el diseño real, hacemos que la longitud de la rama del cableado en cadena sea lo más corta posible y el valor de longitud segura debe ser: retraso del ramal.
Por ejemplo, la longitud del extremo de la rama en circuitos TTL de alta velocidad debe ser menos de 1,5 pulgadas. Esta topología ocupa menos espacio de enrutamiento y puede terminarse con una sola coincidencia de resistencia. Sin embargo, esta estructura de cableado hace que la recepción de señales en diferentes extremos receptores de señales sea asíncrona.
La topología en estrella puede evitar eficazmente el problema de la asincronización de la señal del reloj, pero es muy difícil completar el cableado manualmente en una PCB de alta densidad. Usar un enrutador automático es la mejor manera de realizar el cableado en estrella. Se requiere una resistencia terminal en cada rama. La resistencia de la resistencia terminal debe coincidir con la impedancia característica del cable de conexión. Esto se puede calcular manualmente o utilizando una herramienta CAD para calcular el valor de impedancia característica y el valor de resistencia de coincidencia del terminal.
En los dos ejemplos anteriores, se utiliza una resistencia de terminación simple, pero en realidad, puede optar por utilizar terminales coincidentes más complejos. La primera opción es el terminal correspondiente RC. El terminal de coincidencia RC puede reducir el consumo de energía, pero solo se puede utilizar cuando la operación de la señal es estable. Este método es mejor para hacer coincidir las señales de la línea de reloj. La desventaja es que la capacitancia en los terminales de adaptación RC puede afectar la forma y la velocidad de propagación de la señal.
Los terminales de coincidencia de resistencias en serie no causarán un consumo de energía adicional, pero ralentizarán la transmisión de la señal. Este método se utiliza para circuitos de conductores de autobuses que se ven menos afectados por los retrasos. La ventaja de los terminales de coincidencia de resistencias en serie es que pueden reducir la cantidad de dispositivos utilizados en la placa y reducir la densidad de conexión.
El método final consiste en separar los terminales coincidentes. Por tanto, el componente coincidente debe colocarse cerca del extremo receptor. Su ventaja es que no bajará la señal y puede evitar muy bien el ruido. Normalmente se utiliza para señales de entrada TTL (ACT, HCT, FAST).
Además, también se debe considerar el tipo de embalaje y el tipo de montaje de las resistencias coincidentes del terminal. Generalmente, la resistencia del montaje superficial SMD es menor que la de los componentes con orificio pasante, por lo que los componentes empaquetados SMD se convierten en la primera opción. Si elige una resistencia en serie normal, puede elegir entre métodos de instalación vertical y horizontal.
En el modo de montaje vertical, un pasador de montaje de la resistencia es muy corto, lo que puede reducir la resistencia térmica entre la resistencia y la placa de circuito, lo que facilita que el calor de la resistencia se disipe en el aire. Sin embargo, las instalaciones verticales más largas aumentan la inductancia de la resistencia.
El método de instalación horizontal tiene una inductancia más baja debido a la instalación más baja. Sin embargo, una resistencia sobrecalentada se desviará y, en el peor de los casos, la resistencia se convertirá en un circuito abierto, lo que provocará una falla en la coincidencia de terminaciones del cableado de la PCB y se convertirá en un factor potencial de falla.
3) Métodos para suprimir las interferencias electromagnéticas
Resolver el problema de integridad de la señal mejorará la compatibilidad electromagnética (EMC) de la PCB. Entre ellos, es muy importante asegurarse de que la placa PCB tenga una buena conexión a tierra. Para diseños complejos, utilizar capas de señal y tierra es un enfoque muy eficaz. Además, reducir la densidad de la señal en la capa más externa de la placa de circuito también es una buena forma de reducir la radiación electromagnética. Este enfoque se puede lograr diseñando y fabricando PCB utilizando tecnología de "acumulación" de "capa superficial". Las capas superficiales se logran agregando una combinación de finas capas aislantes y microagujeros para penetrar estas capas en los PCB de proceso comunes. Se pueden enterrar resistencias y condensadores bajo la superficie, y la densidad de cableado por unidad de área casi se duplicará, reduciendo así el tamaño de la PCB. La reducción del área de la PCB tiene un gran impacto en la topología del cableado, lo que significa que el bucle de corriente se reduce, la longitud del cableado derivado se reduce y la radiación electromagnética es aproximadamente proporcional al área del bucle de corriente; Al mismo tiempo, el tamaño pequeño significa que se pueden utilizar dispositivos de empaquetado de pines de alta densidad, reduciendo así la longitud del cable de conexión, reduciendo así el bucle de corriente y mejorando las características de compatibilidad electromagnética.
4) Otras tecnologías disponibles
Para reducir el exceso de voltaje instantáneo en la fuente de alimentación del chip del circuito integrado, se deben agregar condensadores de desacoplamiento al chip del circuito integrado. Esto puede eliminar eficazmente el impacto de las rebabas en la fuente de alimentación y reducir la radiación del circuito de alimentación a la placa impresa.
Los condensadores de desacoplamiento funcionan mejor para suavizar los fallos cuando están conectados directamente a los pines de alimentación del circuito integrado en lugar de al plano de alimentación. Esta es la razón por la que algunos dispositivos tienen condensadores de desacoplamiento en los enchufes y algunos dispositivos requieren que la distancia entre el condensador de desacoplamiento y el dispositivo sea lo suficientemente pequeña.
Todos los dispositivos de alta velocidad y alta potencia deben colocarse juntos tanto como sea posible para reducir el exceso instantáneo del voltaje de la fuente de alimentación.
Sin un plano de potencia, las conexiones eléctricas largas pueden formar bucles entre las señales y los circuitos de retorno, convirtiéndose en fuentes de radiación y circuitos susceptibles.
La situación en la que los cables forman un bucle que no pasa por el mismo cable de red ni por otros cables se denomina bucle abierto. Si el bucle pasa a través de otros cables del mismo cable de red, forma un bucle cerrado. Ambos casos crean efectos de antena (antenas de línea y antenas de cuadro). La antena genera radiación EMI y también es un circuito sensible. El cierre del circuito es una cuestión que debe considerarse porque la radiación que produce es aproximadamente proporcional al área del circuito cerrado.