В процессе проектирования печатной платы разделение плоскости питания или плоскости заземления приведет к неполным плоскостям. При маршрутизации сигнала его опорная плоскость будет пересекать одну плоскость питания в другую. Это явление называется перекрестным разделением сигнала.
Каковы эффекты «перекрестного разделения»?
Перекрестное разделение может не иметь значения для низкоскоростных сигналов, но в высокоскоростных цифровых системах сигналов высокоскоростные сигналы используют опорную плоскость в качестве обратного пути, то есть обратного пути. Если опорная плоскость неполная, возникнут следующие неблагоприятные эффекты:
a. Это приведет к прерывистому импедансу маршрутизации;
b. Легко вызвать перекрестные помехи между сигналами;
c. Это вызовет отражение между сигналами;
d. Увеличит площадь контура тока и индуктивность контура, что сделает выходную волну легко осциллирующей;
e. Увеличит помехи излучения в пространстве и легко пострадает от магнитного поля в пространстве;
f. Увеличит вероятность связи магнитного поля с другими цепями на плате;
g. Высокочастотное падение напряжения на индуктивности контура представляет собой источник синфазного излучения и генерирует синфазное излучение через внешний кабель.
Поэтому разводка печатной платы должна быть максимально близко к плоскости и избегать перекрестных разделений. Если перекрестные разделения необходимы или не могут быть близко к плоскости заземления питания, такие ситуации допускаются только в низкоскоростных сигнальных линиях.
Обработка перекрестных разделений в проекте печатной платы
Если перекрестные разделения неизбежны в проекте печатной платы, как с ними бороться? В этом случае разделения необходимо залатать, чтобы обеспечить более короткий обратный путь для сигнала. Обычные методы лечения включают добавление компенсирующих конденсаторов и перекрестных мостов.
- Сшивающий конденсатор
Обычно керамический конденсатор с корпусом 0402 или 0603 размещается на перекрестном разделении сигнала с емкостью 0,01 мкФ или 0,1 мкФ. Если позволяет место, можно добавить больше таких конденсаторов; в то же время постарайтесь убедиться, что сигнальная линия находится в диапазоне 200 мил сшивающего конденсатора, чем меньше расстояние, тем лучше; и сети на обоих концах конденсатора соответствуют сетям опорной плоскости, через которую проходит сигнал, см. сеть, подключенную на обоих концах конденсатора на рисунке ниже, две разные сети, выделенные двумя цветами:
- Перекрестное мостовое соединение
Обычный метод заключается в том, чтобы «заземлить» перекрестно разделенный сигнал на сигнальном слое, или это может быть сигнальная линия других сетей. Эта «заземленная» линия максимально толстая. Для этого метода обработки см. рисунок ниже.
- Многослойная проводка
Схемы высокоскоростной сигнальной проводки часто высокоинтегрированы и имеют высокую плотность проводки. Использование многослойных плат необходимо как для проводки, так и в качестве эффективного средства для уменьшения помех. Разумный выбор количества слоев может значительно уменьшить размер печатной платы, в полной мере использовать средний слой для настройки экранирования, лучше достичь близлежащего заземления, эффективно уменьшить паразитную индуктивность, эффективно сократить длину передачи сигнала и значительно уменьшить перекрестные помехи между сигналами.
- Чем меньше изгибов в выводе, тем лучше
Чем меньше изгибов в выводе между штырьками высокоскоростных схемных устройств, тем лучше. Лучше всего использовать полные прямые линии для выводов схем высокоскоростной сигнальной проводки. Если требуется поворот, можно использовать линию сгиба 45° или поворот дуги. Это требование используется только для улучшения прочности фиксации стальной фольги в низкочастотных цепях, но в высокоскоростных цепях выполнение этого требования может уменьшить внешнюю эмиссию и взаимную связь высокоскоростных сигналов, а также уменьшить излучение и отражение сигнала.
- Чем короче вывод, тем лучше
Чем короче вывод между штырьками устройств высокоскоростной сигнальной проводки, тем лучше. Чем длиннее вывод, тем больше распределенная индуктивность и распределенная емкость, что окажет большое влияние на прохождение высокочастотных сигналов в системе. Это также изменит характеристическое сопротивление цепи, вызывая отражение и колебания в системе.
- Чем меньше чередований слоев выводов, тем лучше
Чем меньше чередований слоев выводов между контактами высокоскоростных схемных устройств, тем лучше. Так называемое «чем меньше чередований слоев выводов, тем лучше» означает, что чем меньше переходных отверстий используется в процессе соединения компонентов, тем лучше. Согласно измерениям, переходное отверстие может принести около 0,5 пФ распределенной емкости, что приводит к значительному увеличению задержки схемы. Уменьшение количества переходных отверстий может значительно увеличить скорость.
- Обратите внимание на параллельные перекрестные помехи
При высокоскоростной трассировке сигналов следует обращать внимание на «перекрестные помехи», возникающие при близкой параллельной трассировке сигнальных линий. Если параллельного распределения избежать невозможно, можно расположить большую область «земли» на обратной стороне параллельных сигнальных линий, чтобы значительно уменьшить помехи.
- Избегайте ответвлений и пней
При высокоскоростной трассировке сигналов следует стараться избегать ответвлений и пней. Пни деревьев оказывают большое влияние на импеданс и могут вызывать отражение сигнала и выбросы, поэтому мы обычно избегаем пней и веток при проектировании. Использование последовательной проводки уменьшит влияние на сигнал.
- Постарайтесь проложить сигнальную линию на внутреннем слое
Высокочастотные сигнальные линии, проходящие по поверхности, склонны генерировать большое электромагнитное излучение, а также легко подвергаются помехам со стороны внешнего электромагнитного излучения или факторов. Проложите высокочастотную сигнальную линию между источником питания и заземляющим проводом. Благодаря поглощению электромагнитных волн источником питания и нижним слоем генерируемое излучение будет значительно уменьшено.
