PCB yönlendirme: EMI ve sinyal bütünlüğü, dönüş akımı soruları

Aldığım herhangi bir EMI / SI dersi varsa, dönüş döngülerini mümkün olduğunca en aza indirmek. Bu basit ifadeden birçok EMI / SI kılavuzu çalıştırabilirsiniz.

Bununla birlikte, Hyperlynx veya herhangi bir tam RF simülasyon aracına sahip olmamak veya hiç görmemek ... özellikle neye odaklanmam gerektiğini hayal etmek biraz zor. Benim bilgim de tamamen kitap / internet tabanlı ... resmi değil ya da uzmanlarla çok fazla tartışmaya dayanıyor, bu yüzden muhtemelen garip kavramlar veya boşluklar var.

Hayal ettiğim gibi, bir dönüş sinyalinin iki ana bileşeni var. Birincisi, genellikle beklediğiniz gibi izleyen düşük frekanslı (DC-ish) bir dönüş sinyalidir ... güç şebekesi / düzlemi boyunca en düşük direnç yolu boyunca.

İkinci bileşen, zemin düzlemindeki sinyal izini takip etmeye çalışan bir yüksek frekanslı dönüş sinyalidir. 4 katmanlı bir tahtada (sinyal, toprak, güç, sinyal) üst katmandan alt katmana katmanlar arasında geçiş yaparsanız, HF dönüş sinyali anladığım gibi, detouring yoluyla yer düzleminden güç düzlemine atlamaya çalışacaktır. mevcut en yakın yoldan (en yakın ayırma başlığı, umarım ... hangi HF için de kısa olabilir).

Sanırım bu iki bileşeni endüktans açısından koyarsanız, o zaman hepsi aynı şeydir (DC direncine yakın olan tek şey, HF düşük endüktansta izin altında takip etmek anlamına gelir) .. ama bunları hayal etmem daha kolay ayrı ayrı iki farklı mod ile başa çıkmak için.

Şimdiye kadar iyiysem, bu iki bitişik düzlemli iç sinyal katmanlarında nasıl çalışır?

6 katmanlı bir kartım var (sinyal, toprak, güç, sinyal, toprak, sinyal). Her sinyal katmanı, tamamen kırılmamış olan bitişik bir zemin düzlemine sahiptir (açık bir şekilde vias / delik hariç). Orta sinyal katmanı ayrıca bitişik bir güç düzlemine sahiptir. Güç düzlemi birkaç bölgeye ayrılmıştır. Bunu minimumda tutmaya çalıştım, ancak örneğin 5V'luk bölmem, kartın dışında büyük bir "C" şekli biçimini alıyor. Geri kalanların çoğu, büyük bir BGA'nın çoğunun altında 1.8V bölge ile bunun merkezine yakın çok küçük bir 1.2V bölge ile 3.3V'dir.

(1) Ayrılmış güç uçağım, sinyallerin yer düzlemlerinde iyi dönüş yollarına sahip olmasını sağlamaya odaklansam bile sorunlara neden olur mu? (2) "C" şeklindeki 5V düzlemi bölünmüşlüğümde geniş bir yoldan sapan düşük frekanslı dönüş yolu sorun yaratacak mı? (Ben genellikle hayır düşünürdüm ...?)

Neredeyse eşit endüktansa sahip iki kırılmamış düzlemin her ikisinde de dönüş akımını akmasına neden olacağını hayal edebiliyorum ... ama benim tahminim, güç düzleminde gerekli olan herhangi bir önemli sapmanın dönüş sinyalini kendisini yer düzlemine doğru eğimli hale getireceğidir.

(3) Ayrıca, orta ve alt katmanlar aynı zemin düzlemini paylaşır. Bu ne kadar büyük bir problem? Sezgisel olarak, aynı toprak dönüşünü paylaşan birbirinden doğrudan izlerin, aynı katmanda basit bitişik iz bağlantısından daha fazla karışacağını tahmin ediyorum. Bunun olmadığından emin olmak için orada fazla çalışmam gerekir mi?

"Genel olarak evet, ama simüle etmeden bilemezsin" yorumu olabileceğinden şüphelenirim ... genel olarak konuştuğumu varsayalım.

EDIT: Oh, sadece bir şey düşündüm. Bir güç düzlemini geçmek, şerit çizgisi için iz empedansını berbat eder mi? İdeal iz empedansının kısmen iki uçağa sahip olmasına bağlı olarak nasıl daha düşük olduğunu görebilirim ... ve eğer bir parça kırılırsa bu bir sorun olabilir mi?

DÜZENLEME DÜZENLEME: Tamam, sinyal katmanları arasında bir düzlem paylaşma konusundaki sorumu kısmen yanıtladım. Cilt efekti derinliği muhtemelen sinyalleri uçağın kendi tarafına sınırlar. (1/2 Oz bakır = 0.7 mil, cilt derinliği 50MHz'de 0.4 mil, 0.2 mil @ 200MHz .. yani 65MHz üzerindeki her şey uçağın yanına yapışmalıdır. Çoğunlukla 200MHz DDR2 sinyalleri hakkında endişeleniyorum, ancak <65MHz bileşenleri hala sorun olabilir)

Sanırım doğru yoldasın, birkaç not,

1) İki düzlem arasında bir sinyal izlemeyle, düzlemlerden biri bölünmüş olsa bile dönüş akımı iki düzlem arasında bölünecektir. Dönüş akımı "geleceği göremez" ve hangi düzlemin geri döneceğine önceden karar veremez. O noktada "oh saçmalık!" ve muhtemelen FCC testinde başarısız olmanıza neden olarak size geri ödeme yapar. Bu yüzden, bitişik başka bir düzlem bölünmemiş olsa bile, düzlem bölünmeleri üzerinde izlerden kaçınmak istersiniz. Kapasitörlerle bölmelerle başa çıkabilirsiniz ve bu tür bir çözüm idealden daha azdır. Her zaman bitişik bir düzlemde bölünmüş bir düzlem üzerinde iz bırakmamaya odaklanıyordum.

2) DC sinyalleri üzerindeki geniş dönüş yolları gerçekten önemli değildir.

3) Aynı düzlemi paylaşan iki sinyal katmanını sordunuz. Genellikle, düzgün yapılırsa bu büyük bir sorun değildir. Birçok kişinin yaptığı, katmanlardan birini "yatay" sinyal katmanı, diğerini "dikey" sinyal katmanı olarak kullanmaktır, böylece dönüş akımları birbirine diktir. Her düzlem için iki sinyal katmanının yönlendirilmesi ve bu yatay / dikey tekniğin kullanılması çok yaygındır. Hatırlanması gereken en önemli şey referans düzlemlerini değiştirmemektir. Kurulumunuz biraz zor olabilir, çünkü alt katmandan 4. katmana geçmek başka bir dönüş düzlemi ekler. Daha tipik 6 katmanlı levhalar

1) ASignalHor 2) GND 3) ASignalVer 4) BSignalHor 5) GÜÇ 6) BSignalVer

Mikro altında olduğu gibi daha küçük ek uçaklara ihtiyacınız varsa, bunlar genellikle sinyal katmanlarından birine bir ada olarak yerleştirilir. Daha fazla güç düzlemi kullanmanız gerekiyorsa, 10'dan fazla katmana gitmeyi düşünmek isteyebilirsiniz.

4) Düzlem aralığı önemlidir ve performans üzerinde büyük etkisi olabilir, bu nedenle bunu tahta evine belirtmelisiniz. Yukarıda bahsettiğim örnek 6 katman yığınını alırsanız, .005 .005 .040 .005 .005 aralığı (katmanlar arasında eşit mesafeli standart yığın yerine) büyüklük iyileştirme sırasına neden olabilir. Sinyal katmanlarını referans düzlemlerine yakın tutar (daha küçük döngüler).

Evet, hemen hemen kendi sorularınızı cevaplıyorsunuz. Değeri için, belirttiğiniz her şey tam olarak öğrendiğim gibi

Bölünmüş uçakları geçmenin stripline'ın empedansını bozacağından eminim. Ancak, şeritli olmayan için, bir komşu düzlem kesintisiz bir dönüş akımı yolu sağladığı sürece, EMI ile iyi olmalısınız. Kesilmemiş düzlemin fiziksel olarak sinyal katmanına daha yakın olduğundan emin olmak için yığını kontrol etsem de.

5V bölmenizdeki düşük frekanslı dönüş akımları hakkında endişelenmezdim.