Lors de la conception de circuits imprimés, la séparation du plan d'alimentation ou du plan de masse crée des plans incomplets. Lors du routage du signal, son plan de référence passe d'un plan d'alimentation à un autre. Ce phénomène est appelé « séparation croisée » du signal.
Quels sont les effets de la « séparation croisée » ?
La séparation croisée peut ne pas être pertinente pour les signaux à faible débit, mais dans les systèmes de signaux numériques à haut débit, ces signaux utilisent le plan de référence comme voie de retour. Un plan de référence incomplet peut entraîner les effets indésirables suivants :
a. Une impédance discontinue du routage est générée ;
b. Une diaphonie est facilement générée entre les signaux ;
c. Une réflexion entre les signaux est générée ;
d. Augmenter la surface de la boucle de courant et l'inductance de boucle, rendant la forme d'onde de sortie facilement oscillante ;
e. Augmenter les interférences de rayonnement dans l'espace et être facilement affecté par le champ magnétique ambiant ;
f. Augmenter la possibilité de couplage du champ magnétique avec d'autres circuits de la carte ;
g. La chute de tension haute fréquence sur l'inductance de boucle constitue une source de rayonnement en mode commun et génère un rayonnement en mode commun via le câble externe.
Par conséquent, le routage du circuit imprimé doit être aussi proche que possible d'un plan et éviter les séparations croisées. Si des séparations croisées sont nécessaires ou ne peuvent pas être proches du plan de masse de l'alimentation, ces situations ne sont autorisées que sur les lignes de signaux à faible vitesse.
Gestion des coupures croisées dans la conception de circuits imprimés
Si les coupures croisées sont inévitables dans la conception de circuits imprimés, comment les gérer ? Dans ce cas, les coupures doivent être patchées afin de raccourcir le chemin de retour du signal. Les méthodes de traitement courantes incluent l'ajout de condensateurs de patch et de ponts croisés.
- Condensateur de raccordement
En général, un condensateur céramique en boîtier 0402 ou 0603 est placé au niveau de la coupure croisée du signal, avec une capacité de 0,01 uF ou 0,1 uF. Si l'espace le permet, vous pouvez ajouter d'autres condensateurs de ce type. Veillez également à ce que la ligne de signal se situe dans la plage de 200 mils du condensateur de raccordement. Plus la distance est courte, mieux c'est. Les réseaux aux deux extrémités du condensateur correspondent aux réseaux du plan de référence traversé par le signal. Voir le réseau connecté aux deux extrémités du condensateur dans la figure ci-dessous, deux réseaux différents étant mis en évidence en deux couleurs :
- Pontage croisé
La méthode courante consiste à « mettre à la masse » le signal divisé au niveau de la couche signal, ou de la ligne de signal d'autres réseaux. Cette ligne « mise à la masse » est aussi épaisse que possible. Pour cette méthode de traitement, reportez-vous à la figure ci-dessous.
Compétences en câblage de signaux haut débit
- Câblage multicouche
Les circuits de câblage de signaux haut débit sont souvent hautement intégrés et présentent une densité de câblage élevée. L'utilisation de cartes multicouches est à la fois nécessaire pour le câblage et un moyen efficace de réduire les interférences. Un choix judicieux du nombre de couches permet de réduire considérablement la taille du circuit imprimé, d'exploiter pleinement la couche intermédiaire pour le blindage, d'obtenir une meilleure mise à la terre, de réduire efficacement l'inductance parasite, de raccourcir significativement la longueur de transmission du signal et de réduire considérablement les interférences croisées entre les signaux.
- Moins les conducteurs sont courbés, mieux c'est
Moins les conducteurs entre les broches des circuits haut débit sont courbés, mieux c'est. Il est préférable d'utiliser des lignes droites pour les conducteurs des circuits de câblage de signaux haut débit. Si une spire est nécessaire, une ligne de pliage à 45° ou une spire en arc peut être utilisée. Cette exigence sert uniquement à améliorer la résistance de la feuille d'acier dans les circuits basse fréquence. Cependant, dans les circuits haute vitesse, le respect de cette exigence permet de réduire l'émission externe et le couplage mutuel des signaux haute vitesse, ainsi que le rayonnement et la réflexion des signaux.
- Plus le conducteur est court, mieux c'est
Plus le conducteur entre les broches des circuits de câblage de signaux haute vitesse est court, mieux c'est. Plus le conducteur est long, plus l'inductance et la capacité distribuées sont importantes, ce qui a un impact important sur le passage des signaux haute fréquence dans le système. Cela modifie également l'impédance caractéristique du circuit, provoquant réflexion et oscillations dans le système.
- Moins il y a d'alternances de couches de plomb, mieux c'est.
Moins il y a d'alternances de couches de plomb entre les broches des circuits haute vitesse, mieux c'est. L'expression « moins il y a d'alternances de couches de plomb, mieux c'est » signifie que moins il y a de vias utilisés pour la connexion des composants, mieux c'est. D'après les mesures, un via peut générer une capacité distribuée d'environ 0,5 pf, ce qui entraîne une augmentation significative du retard du circuit. Réduire le nombre de vias peut augmenter considérablement la vitesse.
- Attention aux interférences croisées parallèles
Le routage des signaux haute vitesse doit tenir compte des interférences croisées introduites par le routage parallèle serré des lignes de signaux. Si la distribution parallèle ne peut être évitée, une grande zone de « masse » peut être disposée à l'arrière des lignes de signaux parallèles afin de réduire considérablement les interférences.
- Éviter les dérivations et les souches
Le routage des signaux haute vitesse doit éviter les dérivations et les souches. Les souches d'arbres ont un impact important sur l'impédance et peuvent provoquer une réflexion et un dépassement du signal. C'est pourquoi nous évitons généralement d'utiliser des souches et des branches lors de la conception. L'utilisation d'un câblage en guirlande réduira l'impact sur le signal.
- Privilégiez le passage de la ligne de signal sur la couche interne
Les lignes de signal haute fréquence situées en surface sont susceptibles de générer un rayonnement électromagnétique important et sont facilement perturbées par des rayonnements ou facteurs électromagnétiques externes. Placez la ligne de signal haute fréquence entre l'alimentation et le fil de terre. Grâce à l'absorption des ondes électromagnétiques par l'alimentation et la couche inférieure, le rayonnement généré sera considérablement réduit.
