Освоение целостности сигнала печатной платы: Ключевые факторы, Советы по дизайну, и методы тестирования

При проектировании печатной платы, высокий уровень концентрации уделяется целостности сигналов печатной платы, то есть качеству сигналов в системе и их эффективности.. Плохая целостность сигнала может привести к ошибке данных., электромагнитная интерференция, и даже системный сбой. тем не мение, поскольку устройства становятся быстрее и компактнее по размеру, проблема целостности сигнала сталкивается с величайшими трудностями при оптимизации. В этой статье, мы рассмотрим ключевые факторы, влияющие на целостность сигнала печатной платы, и дадим советы о том, как улучшить ее в процессе проектирования.. Хорошо, начать с, нам нужно знать, что в действительности означает целостность сигнала при проектировании печатных плат..

Что такое целостность сигнала на печатной плате?

Целостность сигнала на печатных платах — это качество электрических сигналов, передаваемых и принимаемых через эту печатную плату.. Он включает в себя способность сигнала сохранять различные электрические характеристики., например, напряжение, время, и форма сигнала от источника к месту назначения. Целостность сигнала очень важна, поскольку она гарантирует правильную передачу данных и правильное функционирование цепей.. Это важно в высокоскоростных конструкциях и больших путях прохождения сигнала., сети, или системы, в которых каждое небольшое ухудшение качества сигнала существенно повлияет на производительность системы..

Ключевые факторы, влияющие на целостность сигнала печатной платы

• Трассировка импеданса

Импеданс должен быть постоянным по всей длине трассы, поскольку сигнал может отражаться и затухать при изменении импеданса.. Другие параметры, такие как ширина и расстояние между дорожками, должны контролироваться одинаково, чтобы избежать искажения сигнала..

• Перекрестные помехи

Перекрестные помехи — это форма электромагнитных помех, при которой сигналы на соседних или соседних трассах накладываются друг на друга., потенциально повреждающие данные. Серьезность перекрестных помех зависит от таких факторов, как длина параллельно работающих трасс., их близость друг к другу, и общая разводка печатной платы.

• Отражение сигнала

Отражение происходит, когда импеданс трассы и импеданса нагрузки или источника различаются, что приводит к искажению сигнала.. Такие расхождения обычно наблюдаются из-за различных ширина следа, диэлектрическая постоянная, или внезапные изменения маршрута сигнала.

• Электромагнитная интерференция (ЭМИ)

Навязчивый шум также возникает из-за электромагнитных помех от внешних источников в сигналах печатной платы.. Внешние электромагнитные поля могут проникать в дорожки печатной платы, особенно в местах с большими площадями контуров или плохим экранированием..

• Целостность питания

Стабильный источник питания имеет важное значение, когда речь идет о качестве сигнала, поскольку генерируемые сигналы и поля могут быть нарушены при изменении мощности.. Аномалии подачи электрического сигнала могут вызывать помехи или искажать полезные сигналы на высокоскоростных линиях передачи данных..

• Материал печатной платы

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь принадлежащий материалы для печатных плат оказывают влияние на скорость сигнала и уровень затухания. тем не мение, колебания свойств материала создают проблему, особенно в высокочастотных приложениях.

• Длина трассировки и маршрутизация

Когда трассы дифференциальных пар и других высокоскоростных сигналов имеют одинаковую длину, тогда они прибудут к приемнику одновременно и, следовательно, минимизируют перекос. Различная длина трасс и острые углы могут привести к трудностям отражения и ухудшению сигнала..

Советы по проектированию для улучшения целостности сигнала печатной платы

При этом невозможно гарантировать, что сигнал полностью свободен от искажений., Некоторые советы по проектированию печатных плат могут помочь свести к минимуму любые потенциальные искажения сигнала и повысить целостность сигнала на печатной плате.:

1. Правильный стек слоев

Сигнальные слои должны располагаться в непосредственной близости от заземляющих слоев, поскольку это помогает управлять импедансом, а также предотвращает перекрестные помехи.. В общем, высокоскоростные сигналы должны прокладываться на внутренних слоях между заземляющими слоями, чтобы обеспечить изоляцию от мешающих сигналов..

дальнейшее чтение: Рекомендации по проектированию стека печатных плат

2. Методы трассировки трассировки

Длина трассы не должна быть очень большой, поскольку это приведет к отражению сигнала.. И нам также следует избегать использования резких поворотов.. Лучше использовать относительно плавные повороты или еще лучше повороты на 45 градусов., вместо резких поворотов на 90 градусов, поскольку плавные кривые менее разрушительны для сигнала. Также, дифференциальные пары должны быть проложены вместе с постоянным интервалом для поддержания импеданса и снижения шума..

3. Заземление и развязка

Твердое заземление необходимо для снижения электромагнитных помех. (ЭМИ) и обеспечение стабильного эталона для сигналов. Умелая развязка с помощью конденсаторов, расположенных рядом с контактами питания, позволяет «блокировать» помехи в линии питания и улучшать качество передачи сигнала.. Заземляющее соединение должно иметь низкий импеданс и обеспечивать адекватные пути возврата для высокоскоростных сигналов..

4. Контролируемый импеданс

Обеспечение контролируемый импеданс для критических трасс сигнала помогает поддерживать качество сигнала. Это включает в себя расчет и поддержание постоянной ширины трассы., мощность и симулированные сигналы проходят через печатную плату в этом тесте, в то время как тестеры контролируют электрические характеристики печатной платы., и толщина диэлектрика в соответствии с требуемым импедансом. Рекомендуется использовать инструменты моделирования, используемые для проверки импеданса, с целью обнаружения потенциальных проблем с импедансом перед изготовлением..

5. Минимизируйте перекрестные помехи

Чтобы минимизировать перекрестные помехи, необходимо обеспечить достаточное расстояние между сигнальными трассами, особенно если речь идет о высокоскоростных сигналах.. Используйте плоскости заземления или питания для разделения слоев сигнала., и рассмотрите возможность использования защитных трассировок (заземленные следы) между высокоскоростными линиями для их дальнейшей изоляции.

6. Использование переходов

Предлагается свести к минимуму использование переходных отверстий в высокоскоростных трактах прохождения сигнала, поскольку они способствуют увеличению индуктивности и вызывают отражения.. Если требуются переходные отверстия, затем используйте обратное бурение исключить отключенные сегменты переходного отверстия, чтобы уменьшить влияние импеданса.

Как проверить целостность сигнала печатной платы?

Способ проверки целостности сигнала на печатной плате заключается в использовании различных инструментов и методов, которые измеряют состояние сигналов, чтобы убедиться, что они такие же хорошие, какими они были изначально в схеме.. TDR способен идентифицировать отражения, в основном из-за скачков импеданса, тогда как VNA служит для определения параметров передачи сигнала и импеданса. Целостность сигнала также можно оценить с помощью измерений осциллографа., поскольку глазковые диаграммы объясняют качество сигналов, основанное на перекрытии нескольких циклов сигнала. более того, Некоторые из популярных инструментов, используемых на предварительной и внутренней стадиях, включают инструменты моделирования, такие как SPICE и HyperLynx, которые обеспечивают проверку до и после макета, что позволяет прогнозировать возможные проблемы с целостностью сигнала перед физическим тестированием.. Эти инструменты, действующие рука об руку, помогают инженерам выявлять неисправности в печатной плате и вносить изменения., гарантировать надежность плат.