Lors de la conception du circuit imprimé, un niveau élevé de concentration est accordé à l'intégrité du signal PCB, c'est-à-dire la qualité des signaux dans un système et leur efficacité. Une mauvaise intégrité du signal peut provoquer des erreurs de données, interférence électromagnétique, et même une panne du système. pourtant, à mesure que les appareils deviennent plus rapides et plus compacts, la question de l’intégrité du signal se heurte à la plus grande difficulté d’optimisation. Dans cet article, nous explorerons les facteurs clés qui ont un impact sur l'intégrité du signal PCB et fournirons des conseils sur la façon de l'améliorer pendant le processus de conception. bien, pour commencer, nous devons savoir ce que signifie simplement l'intégrité du signal dans la conception de PCB, dans le vrai sens du terme..
Qu'est-ce que l'intégrité du signal dans les PCB?
L'intégrité du signal dans les cartes de circuits imprimés est la qualité des signaux électriques transmis et reçus via cette carte de circuits imprimés.. Cela inclut la capacité du signal à maintenir diverses caractéristiques électriques, comme la tension, temps, et forme d'onde de la source à la destination. L'intégrité du signal est très importante car elle garantit la transmission correcte des données et le bon fonctionnement des circuits.. Ceci est important dans les conceptions à grande vitesse et les grands chemins de signaux, réseaux, ou des systèmes dans lesquels chaque petite dépréciation de la qualité du signal affectera sensiblement les performances du système.
Facteurs clés qui affectent l'intégrité du signal PCB
- Impédance de trace
L'impédance doit être constante sur toute la longueur d'une trace, car le signal peut être réfléchi et atténué lorsque l'impédance change.. D'autres paramètres tels que la largeur et l'espacement des traces doivent être contrôlés de la même manière pour éviter la distorsion du signal..
- Diaphonie
La diaphonie est une forme d'interférence électromagnétique dans laquelle les signaux des traces adjacentes ou proches se couplent les uns aux autres., données potentiellement corrompues. La gravité de la diaphonie dépend de facteurs tels que la longueur des traces fonctionnant en parallèle, leur proximité les uns avec les autres, et la disposition globale du PCB.
- Réflexion du signal
La réflexion se produit lorsque l'impédance de la trace et celle de la charge ou de la source diffèrent, déformant ainsi le signal.. De tels écarts sont couramment observés en raison de différences largeur de trace, constante diélectrique, ou des changements soudains dans le parcours du signal.
- Interférence électromagnétique (EMI)
Un bruit intrusif est également provoqué par les EMI provenant de sources externes dans les signaux du PCB.. Les champs électromagnétiques externes peuvent être couplés aux traces du PCB, en particulier dans les zones comportant de grandes boucles ou un mauvais blindage..
- Intégrité de l'alimentation
Une alimentation stable est essentielle pour la qualité du signal, car les signaux et les champs générés peuvent être perturbés si la puissance varie.. Les anomalies d'alimentation des signaux électriques peuvent provoquer du bruit ou déformer les signaux souhaités sur les lignes de données à haut débit..
- Matériel PCB
La constante diélectrique et Tangente de perte du Matériaux PCB ont une influence sur les vitesses du signal et les niveaux d'atténuation. pourtant, la fluctuation des propriétés des matériaux pose un problème, en particulier dans les applications haute fréquence.
- Longueur de trace et routage
Lorsque les traces des paires différentielles et autres signaux à grande vitesse ont la même longueur, puis ils arrivent au récepteur en même temps et minimisent donc le biais. Des longueurs de trace différentes et des angles vifs sont susceptibles d'entraîner des difficultés de réflexion et une dégradation du signal..
Conseils de conception pour améliorer l'intégrité du signal PCB
Bien qu'il soit impossible de garantir que le signal soit totalement exempt de distorsion, certains conseils de conception de PCB peuvent aider à minimiser toute distorsion potentielle du signal et à améliorer l'intégrité du signal dans le PCB:
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Empilement correct des couches
Les couches de signaux doivent être placées à proximité des plans de masse car cela facilite la gestion de l'impédance et évite la diaphonie.. En général, les signaux à grande vitesse doivent être posés sur des couches internes entre les plans de masse pour assurer l'isolation des signaux interférents.
Lectures complémentaires: Directives de conception d'empilement de PCB
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Techniques de routage de traces
La longueur de la trace ne doit pas être très longue car cela provoquerait des réflexions du signal. Et nous devrions également éviter d'utiliser des virages serrés. Il est préférable d'utiliser des courbes relativement douces ou, mieux encore, des virages à 45 degrés., au lieu de virages serrés à 90 degrés, car les courbes douces sont moins destructrices du signal. Également, les paires différentielles doivent être acheminées ensemble avec un espacement constant pour maintenir l'impédance et réduire le bruit.
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Mise à la terre et découplage
Un plan de masse solide est essentiel pour réduire les interférences électromagnétiques (EMI) et fournissant une référence stable pour les signaux. Le découplage habile avec les condensateurs placés à proximité des broches d'alimentation permet de « bloquer » les bruits dans la ligne d'alimentation et d'améliorer la qualité de transmission du signal.. La connexion à la terre doit être à faible impédance et fournir des chemins de retour adéquats pour les signaux à grande vitesse.
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Impédance contrôlée
Assurer impédance contrôlée pour les traces de signaux critiques, aide à maintenir la qualité du signal. Cela implique de calculer et de maintenir une largeur de trace constante, espacement, et épaisseur diélectrique selon l'impédance requise. Il est recommandé d'utiliser des outils de simulation utilisés pour la vérification de l'impédance dans le but de détecter les problèmes potentiels d'impédance avant la fabrication..
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Minimiser la diaphonie
Pour minimiser la diaphonie, il est nécessaire de placer une distance suffisante entre les traces de signaux, en particulier lorsque des signaux à grande vitesse sont impliqués. Utilisez des plans de masse ou d'alimentation pour séparer les couches de signaux, et envisagez d'utiliser des traces de garde (traces mises à la terre) entre les lignes à grande vitesse pour les isoler davantage.
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Utilisation des vias
Il est suggéré de minimiser l'utilisation de vias dans les chemins de signaux à grande vitesse car ils contribuent à l'inductance et provoquent des réflexions.. Si des vias sont nécessaires, puis utilise forage arrière pour éliminer les segments désactivés du via barillet afin de réduire les effets d'impédance.
Comment tester l'intégrité du signal PCB?
La façon de tester l'intégrité du signal dans le PCB consiste à utiliser différents outils et méthodes qui évaluent l'état des signaux pour garantir qu'ils sont aussi bons qu'ils l'étaient initialement dans le circuit.. TDR est capable d'identifier les réflexions, principalement dû aux discontinuités d'impédance, tandis que VNA sert à déterminer les paramètres de transmission du signal et l'impédance. L'intégrité du signal peut également être évaluée avec des mesures d'oscilloscope, car les diagrammes oculaires expliquent la qualité des signaux en fonction du chevauchement de plusieurs cycles de signaux. en outre, Certains des outils populaires utilisés dans la phase frontale ainsi que dans la phase back-end incluent des outils de simulation tels que SPICE et HyperLynx qui permettent une validation pré-mise en page/post-mise en page permettant de prédire un éventuel problème d'intégrité du signal avant les tests physiques.. Ces outils agissant main dans la main aident les ingénieurs à déterminer les défauts du PCB et à apporter des modifications., pour garantir la fiabilité des cartes.
