Введение

Печатная плата лежит в основе функциональности почти всех электронных устройств, обеспечивая точную передачу сигналов от одного компонента к другому, а целостность сигнала предполагает качество и надежность электрических сигналов при их перемещении от источника к месту назначения на печатной плате, поэтому сигнал Целостность Важность целостности сигнала и целостности сигнала постепенно стала в центре внимания, а целостность сигнала обеспечивает оптимальную работу современных электронных систем. В следующих разделах мы углубимся в науку, стоящую за этим, и практические способы его реализации.

Что такое целостность сигнала?

Целостность сигнала (SI) относится к сохранению и поддержанию формы электрического сигнала на всем пути его передачи. Это гарантирует, что сигнал сохраняет свою первоначальную форму, амплитуду и синхронизацию от источника до места назначения без нежелательных искажений или потерь. По сути, целостность сигнала заключается в обеспечении точного и четкого приема передаваемого сигнала в электронных системах.

Распространенные проблемы целостности сигнала

• Отражение: происходит из-за несоответствия импедансов в цепи, что приводит к отражению части сигнала.
• Перекрестные помехи: непреднамеренная электромагнитная (ЭМ) связь между проводниками, которая может привести к тому, что один сигнал будет мешать другому.
• Затухание: Ослабление или потеря сигнала при его прохождении через печатную плату.
• Электромагнитные помехи (EMI). Внешние источники электромагнитного излучения мешают правильной работе печатной платы.
• Отскок земли: явление, при котором уровни напряжения земли колеблются из-за одновременного переключения компонентов.

Устранение проблем с целостностью сигнала

Контроль импеданса:

• Трассы с контролируемым импедансом. Убедитесь, что трасса спроектирована так, чтобы иметь постоянный импеданс по всей ее длине.
• Оконечная нагрузка: добавление резистивных оконечных устройств (таких как последовательные или параллельные терминаторы) может предотвратить отражения.

Уменьшите перекрестные помехи:

• Более широкий интервал: увеличьте расстояние между высокоскоростными трассами.
• Заземляющий слой: используйте заземляющий слой между сигнальными слоями для экранирования и уменьшения емкостных перекрестных помех.
• Дифференциальная пара: передает сигналы с использованием дифференциальной сигнализации, при которой передаются два дополнительных сигнала, что снижает восприимчивость к помехам.

Управление наземными и силовыми плоскостями:

• Сплошная плоскость заземления: избегайте разделенных заземлений, которые могут действовать как антенны или создавать разрывы импеданса.
• Развязывающие конденсаторы: размещайте их рядом с выводами питания микросхемы, чтобы обеспечить локальное накопление заряда и уменьшить влияние шума одновременного переключения.

Меры предосторожности в отношении электромагнитных помех:

• Экранирование: оборачивание чувствительных частей схемы металлическим экраном для блокировки внешнего излучения.
• Фильтрация: используйте такие компоненты, как ферритовые шарики, для фильтрации высокочастотного шума.

Чтобы решить проблему затухания:

• Усилители/ретрансляторы: используйте их для усиления сигналов в длинных линиях передачи.
• Соображения по материалам. Выбирайте материалы печатных плат, которые имеют низкие потери сигнала на высоких частотах.

Передовая технология маршрутизации:

• Более короткие трассы: минимизируйте длину высокоскоростных трасс.
• Рекомендации по переходным отверстиям: избегайте ненужных переходных отверстий в высокоскоростных путях и, если они используются, обязательно просверлите их, чтобы уменьшить длину шлейфа.

Моделирование и тестирование:

• Моделирование перед компоновкой: используйте инструменты автоматизации электронного проектирования (EDA) для моделирования и прогнозирования проблем SI до фактической компоновки.
• Проверка после компоновки. После проектирования запустите моделирование после компоновки, чтобы проверить целостность сигнала. Методы физического тестирования, такие как рефлектометрия во временной области (TDR), могут помочь выявить и решить проблемы SI.

Заключение

Незначительные помехи сигнала могут существенно повлиять на производительность устройства, поэтому крайне важно поддерживать целостность сигнала на печатных платах, чтобы гарантировать надежность и эффективность электронных систем.