Đường dẫn trở lại trên PCB

10

Tôi đã dành thời gian cuối tuần để tiếp thu các bài giảng video từ Eric Bogatin và đọc cuốn sách "Tín hiệu và sức mạnh toàn vẹn - Đơn giản hóa"

Ông tuyên bố rằng đường dẫn trở lại cho PCB có thể là bất kỳ mặt phẳng DC nào có thể là đường ray VCC bên dưới đường dẫn tín hiệu.

Hãy xem xét các mạch đơn giản sau đây

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu U1 và U2 được đặt trên lớp trên cùng và TX và RX chỉ được định tuyến ở lớp trên cùng, thì đường dẫn trả lại cho tín hiệu (TX đến RX) sẽ là Vcc. Tôi ok với điều đó.

Câu hỏi của tôi là, khi dòng trở lại đạt ngay dưới chân TX, dòng điện đi đâu? Tại thời điểm này, nó tìm đường đến Gnd hay nó quay trở lại TX và qua cái chết, trở lại mặt đất?

** Đã thêm văn bản từ sách **

nhập mô tả hình ảnh ở đây

pcb signal-integrity pcb-layers

— efox29
nguồn

11

Khi TX chuyển từ thấp sang cao, dòng điện sẽ chảy như sau:

Bộ nguồn Vcc -> Mặt phẳng PCB Vcc -> Chân U1.Vcc -> Chân U1.TX -> Chân U2.RX -> Chân U2.Gnd -> "đường dẫn trở lại" -> Mặt phẳng Gnd PCB -> Nguồn cung cấp Gnd

Thật tuyệt khi bạn hiểu rằng cái mà chúng ta gọi là "đường dẫn trở lại" sẽ là mặt phẳng gần nhất (trong trường hợp này là mặt phẳng Vcc). Điều này có ý nghĩa vì các trường không thể đọc được, vì vậy chúng sẽ hình thành giữa các phần kim loại trong PCB của bạn cho dù bạn đặt tên chúng là gì.

Trong trường hợp DC tĩnh, "đường dẫn trở lại" thực sự sẽ là mặt phẳng Gnd vì nó sẽ có trở kháng thấp nhất. Ở tần số cao hơn, các trường sẽ hình thành mặt phẳng Vcc và mật độ hiện tại sẽ cao trong mặt phẳng Vcc ngay dưới dấu vết.

Vậy làm thế nào để dòng điện nhận được từ mặt phẳng Vcc và trở lại mặt phẳng Gnd cho tần số cao hơn?

Chà, hãy nhớ rằng trở kháng giữa hai mặt phẳng này khá thấp ở các tần số cao hơn này. Trên thực tế, chúng tôi cũng muốn làm cho trở kháng giữa Vcc và Gnd thấp trên toàn bộ dải tần có liên quan (sử dụng một cái gì đó như PDNTOOL.COM để thiết kế điều đó), vì vậy điều đó không có gì đáng ngạc nhiên (hy vọng).

Thiết kế PDN cũng được đề cập trong cuốn sách của Eric Bogatins.

Hãy cho tôi biết nếu điều này giúp bạn?

— Rolf Ostergaard
nguồn

Nếu bạn ở EU, có các khóa SI ở Stockholm (Lee Ritchey) và Copenhagen (Eric Bogatin) vào tháng 5 + 6. Nếu bạn ở Mỹ, Eric cũng sẽ tham gia một khóa học vào mùa hè này. ADMIN: Vui lòng xóa nhận xét này vào ngày 9 tháng 6 năm 2015 :-)

— Rolf Ostergaard

Không phải ở một trong hai nước. Đã suy nghĩ về PCBWEST nhưng tôi vẫn còn hàng tấn video của Eric Bogatin. Có ít nhất 100 giờ nội dung, vì vậy tôi cũng có thể bỏ qua PCBWEST. Nhưng tôi nghĩ rằng tôi hiểu nhiều hơn bây giờ. Liên kết tuyệt vời, những cốt truyện trông cũng thực sự quen thuộc từ sách giáo khoa!

— efox29

Dù sao - hy vọng điều này sẽ giúp. Hoặc là? Cho tôi biết?

— Rolf Ostergaard

Nó đã làm. Nhiều đánh giá cao !

— efox29

+1 cho liên kết đến PDNTOOL --- Đó là một ứng dụng web nhỏ tuyệt vời.

— Photon

7

Hy vọng rằng bạn đã cung cấp một số tụ điện bỏ qua nguồn điện giữa VCC và GND gần cả hai chip. Các tụ điện bypass này sẽ cho phép các dòng điện tần số cao chạy giữa VCC và GND.

Lưu ý rằng điều này có nghĩa là các tụ điện bỏ qua trở thành một phần của đường dẫn trở lại và bạn cần đánh giá lựa chọn và vị trí của phần này.

Ngoài ra, các mạch điều khiển và bộ thu trong các chip được xác định đường ray dòng chảy từ đâu. Ngay cả khi bạn đang sử dụng GND làm mặt phẳng tham chiếu của mình, khi người lái xe kéo lên cao, nó sẽ kéo dòng điện từ đường ray VCC và do đó đường ray VCC và tụ điện bỏ qua trở thành một phần của đường trở về.

— Photon
nguồn

3

Đây là điều tôi cũng băn khoăn khi mới bắt đầu cho đến khi bác sĩ Johnson giải thích cho tôi. Khi bạn đọc dòng trở về cho tín hiệu tốc độ cao sẽ trở lại theo đường trở kháng nhỏ nhất. Trong một microstrip chẳng hạn, đây sẽ là mặt phẳng tham chiếu gần nó nhất bất kể điện áp DC mà nó mang theo. Như bạn nói, một dấu vết được tham chiếu đến mặt phẳng VCC của bạn sẽ khiến nó quay trở lại hành trình hiện tại dọc theo mặt phẳng VCC.

Bây giờ tất cả các dòng điện chạy trong một vòng lặp, vì vậy khi nó quay trở lại dưới chip trong ví dụ của bạn, nó sẽ tìm đường trở kháng thấp nhất giữa VCC và GND, đó sẽ là các nắp tách rời I / O mà bạn đã đặt gần chip của mình.

— Một số anh chàng phần cứng
nguồn

Nếu nắp tách rời được nói ở phía đối diện của pin, việc có một chốt bên cạnh pin có lợi hay không, vì nó không còn phải di chuyển đến nắp nữa?

— efox29

Không chắc chắn tôi theo bạn, với bạn có nghĩa là thông qua dấu vết ngay tại pin? Trong trường hợp đó, dòng trở lại vẫn phải tìm đường đi từ VCC đến GND và đường trở kháng thấp nhất có khả năng vẫn là tụ điện tách rời (hoặc có lẽ là trở kháng giữa các mặt phẳng nhưng nhiều khả năng ở tần số cao hơn).

— Một số anh chàng phần cứng

1

Đường dẫn trở lại sẽ không thông qua Vcc.

Hãy suy nghĩ về các vòng lặp hiện tại, giai đoạn ổ TX và giai đoạn đầu vào RX

Lấy ví dụ về I / O kỹ thuật số này (ví dụ các giai đoạn I / O được lấy từ biểu dữ liệu ISO7221)

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Hãy xem xét hai trạng thái

1. TX cao:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Trong trường hợp này, có một "phí" ban đầu để tạo thuận lợi cho việc bật GATE của bộ đệm RX. Sau đó, chỉ có dòng điện rò rỉ (LƯU Ý: đây là xem xét khả năng chống chấm dứt)

2. TX thấp:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Trong trường hợp này, tầng TX giữ chân THẤP tạo điều kiện cho dòng điện chạy từ điện trở kéo lên.

Trong cả hai trường hợp, dòng chảy từ + ve của bộ đập đến -ve của pin.

Bây giờ hãy xem xét từ quan điểm PCB. Với mặt phẳng VCC và GND liền kề dưới hai IC, dòng điện sẽ chảy sẽ theo dấu vết - vòng lặp nhỏ tuyệt vời.

Hãy nói rằng có một sự phá vỡ trong mặt phẳng GND giữa hai chip, tuyến đường mà dòng trở lại sẽ không đi theo dấu vết TX == xấu.

— JonRB
nguồn

Đây là cách tôi thường xem mọi thứ. Nhưng nhiều cuốn sách toàn vẹn tín hiệu mà tôi đã đọc hoặc đọc (chẳng hạn như Bảng mạch kỹ thuật số Mach 1 Ghz - Ralph Morrison) hoặc các hội thảo không đồng ý với điều này. Họ xem các tín hiệu như sóng và yếu. Tôi đang tải lên một hình ảnh của một số văn bản. Có lẽ bạn có thể giải thích về ý nghĩa của nó?

— efox29

Tuy nhiên, điều đó không phủ nhận gnd là gì, chỉ cố gắng giúp phá vỡ sự liên kết rằng điện áp được tham chiếu đến điện áp đất và định tuyến tín hiệu là khác biệt

— JonRB

3

Điều này cho thấy các thành phần tần số thấp của luồng tín hiệu. Nhưng khi chúng ta nói về tính toàn vẹn tín hiệu, chúng ta cũng (hoặc hơn) lo lắng về các thành phần tần số cao. Đối với các thành phần tần số cao, đường trở về sẽ (chủ yếu) qua mặt phẳng gần nhất với rãnh tín hiệu. Và bỏ qua tụ điện sẽ kết nối hai đường ray điện gần mỗi chip.

— Photon