En el proceso de diseño de PCB, la división del plano de alimentación o del plano de tierra genera planos incompletos. Al enrutar la señal, su plano de referencia cruza de un plano de alimentación a otro. Este fenómeno se denomina división cruzada de la señal.
¿Cuáles son los efectos de la "división cruzada"?
La división cruzada puede no ser relevante para señales de baja velocidad, pero en sistemas de señales digitales de alta velocidad, estas utilizan el plano de referencia como ruta de retorno. Cuando el plano de referencia está incompleto, se producen los siguientes efectos adversos:
a. Provoca impedancia discontinua en el enrutamiento;
b. Es fácil causar diafonía entre señales;
c. Provoca reflexión entre señales; d. Aumentar el área del bucle de corriente y la inductancia del bucle, facilitando la oscilación de la forma de onda de salida.
e. Aumentar la interferencia de radiación en el espacio y verse fácilmente afectado por el campo magnético.
f. Aumentar la posibilidad de acoplamiento del campo magnético con otros circuitos de la placa.
g. La caída de tensión de alta frecuencia en la inductancia del bucle constituye una fuente de radiación en modo común y genera radiación en modo común a través del cable externo.
Por lo tanto, el cableado de la PCB debe ser lo más cercano posible a un plano y evitar las divisiones cruzadas. Si las divisiones cruzadas son necesarias o no pueden estar cerca del plano de tierra de la alimentación, estas situaciones solo se permiten en líneas de señal de baja velocidad.
Manejo de las divisiones cruzadas en el diseño de PCB
Si las divisiones cruzadas son inevitables en el diseño de PCB, ¿cómo se solucionan? En este caso, es necesario parchear las divisiones para proporcionar una ruta de retorno más corta para la señal. Los métodos comunes de tratamiento incluyen la adición de condensadores de parcheo y puentes de línea cruzada.
- Condensador de unión
Normalmente, se coloca un condensador cerámico con encapsulado 0402 o 0603 en la división cruzada de la señal, con una capacitancia de 0,01 uF o 0,1 uF. Si el espacio lo permite, se pueden agregar más condensadores de este tipo; al mismo tiempo, asegúrese de que la línea de señal esté dentro del rango de 200 milésimas de pulgada del condensador de unión; cuanto menor sea la distancia, mejor. Las redes en ambos extremos del condensador corresponden a las redes del plano de referencia por donde pasa la señal. Observe la red conectada en ambos extremos del condensador en la figura a continuación; dos redes diferentes están resaltadas en dos colores:
- Puenteo de línea cruzada
El método habitual consiste en conectar a tierra la señal de división cruzada en la capa de señal, o puede ser la línea de señal de otras redes. Esta línea conectada a tierra es lo más gruesa posible. Para este método de procesamiento, consulte la figura a continuación.
Habilidades de cableado de señales de alta velocidad
- Cableado multicapa
Los circuitos de cableado de señales de alta velocidad suelen estar altamente integrados y presentar una alta densidad de cableado. El uso de placas multicapa es necesario para el cableado y una forma eficaz de reducir las interferencias. Una selección adecuada del número de capas puede reducir considerablemente el tamaño de la placa impresa, aprovechar al máximo la capa intermedia para configurar el apantallamiento, lograr una mejor conexión a tierra cercana, reducir eficazmente la inductancia parásita, acortar eficazmente la longitud de transmisión de la señal y reducir considerablemente la interferencia cruzada entre señales.
- Cuantos menos dobleces haya en el cable, mejor
Cuantos menos dobleces haya en el cable entre los pines de los dispositivos de circuitos de alta velocidad, mejor. Es recomendable utilizar líneas rectas completas para los cables de los circuitos de cableado de señales de alta velocidad. Si se requiere un giro, se puede utilizar una línea de plegado de 45° o un giro en arco. Este requisito solo se utiliza para mejorar la resistencia de fijación de la lámina de acero en circuitos de baja frecuencia, pero en circuitos de alta velocidad, cumplirlo puede reducir la emisión externa y el acoplamiento mutuo de señales de alta velocidad, así como la radiación y la reflexión de la señal.
- Cuanto más corto sea el cable, mejor
Cuanto más corto sea el cable entre los pines de los dispositivos de cableado de señales de alta velocidad, mejor. Cuanto más largo sea el cable, mayor será la inductancia y la capacitancia distribuidas, lo que tendrá un gran impacto en el paso de señales de alta frecuencia en el sistema. También cambiará la impedancia característica del circuito, provocando reflexión y oscilación en el sistema.
- Cuanto menor sea la alternancia de la capa de conductores, mejor.
Cuanto menor sea la alternancia de la capa de conductores entre los pines de los dispositivos de circuitos de alta velocidad, mejor. El dicho "cuanto menor sea la alternancia de la capa de conductores, mejor" significa que cuantas menos vías se utilicen en el proceso de conexión de componentes, mejor. Según las mediciones, una vía puede generar aproximadamente 0,5 pf de capacitancia distribuida, lo que resulta en un aumento significativo del retardo del circuito. Reducir el número de vías puede aumentar significativamente la velocidad.
- Preste atención a la interferencia cruzada en paralelo.
El enrutamiento de señales de alta velocidad debe prestar atención a la interferencia cruzada que introduce el enrutamiento paralelo cercano de las líneas de señal. Si no se puede evitar la distribución en paralelo, se puede colocar una amplia zona de tierra en el reverso de las líneas de señal paralelas para reducir considerablemente la interferencia.
- Evite ramificaciones y tocones.
El enrutamiento de señales de alta velocidad debe intentar evitar ramificaciones y tocones. Los tocones de árboles tienen un gran impacto en la impedancia y pueden causar reflexión y sobreimpulso de la señal, por lo que generalmente evitamos tocones y ramas al diseñar. El uso de cableado en cadena reducirá el impacto en la señal.
- Intente tender la línea de señal en la capa interna.
Las líneas de señal de alta frecuencia que se extienden en la superficie son propensas a generar una gran cantidad de radiación electromagnética y también se ven fácilmente interferidas por radiación electromagnética externa o factores externos. Tienda la línea de señal de alta frecuencia entre la fuente de alimentación y el cable de tierra. Gracias a la absorción de ondas electromagnéticas por la fuente de alimentación y la capa inferior, la radiación generada se reducirá considerablemente.
