จะจัดการกับเส้นแบ่งการข้ามสัญญาณ PCB ได้อย่างไร?

ในกระบวนการออกแบบ PCB การแบ่งระนาบกำลังหรือการแบ่งระนาบกราวด์จะทำให้ระนาบที่ไม่สมบูรณ์ด้วยวิธีนี้ เมื่อสัญญาณถูกส่ง ระนาบอ้างอิงจะขยายจากระนาบกำลังหนึ่งไปยังอีกระนาบกำลังหนึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการแบ่งช่วงสัญญาณ

หน้า 2

 

หน้า 3

แผนผังของปรากฏการณ์การตัดขวาง
 
การแบ่งส่วนแบบตัดขวางสำหรับสัญญาณความเร็วต่ำอาจไม่มีความสัมพันธ์กัน แต่ในระบบสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูง สัญญาณความเร็วสูงจะใช้ระนาบอ้างอิงเป็นเส้นทางกลับ นั่นคือ เส้นทางกลับเมื่อระนาบอ้างอิงไม่สมบูรณ์ จะเกิดผลเสียดังต่อไปนี้: การแบ่งส่วนข้ามอาจไม่เกี่ยวข้องกับสัญญาณความเร็วต่ำ แต่ในระบบสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูง สัญญาณความเร็วสูงจะใช้ระนาบอ้างอิงเป็นเส้นทางย้อนกลับ ซึ่ง คือทางกลับเมื่อระนาบอ้างอิงไม่สมบูรณ์ จะเกิดผลข้างเคียงดังต่อไปนี้:
l ความไม่ต่อเนื่องของความต้านทานส่งผลให้สายไฟทำงาน
l ง่ายต่อการทำให้เกิด crosstalk ระหว่างสัญญาณ;
l ทำให้เกิดการสะท้อนระหว่างสัญญาณ
l รูปคลื่นเอาท์พุตนั้นง่ายต่อการสั่นโดยการเพิ่มพื้นที่ลูปของกระแสและความเหนี่ยวนำของลูป
การรบกวนการแผ่รังสีสู่อวกาศจะเพิ่มขึ้นและสนามแม่เหล็กในอวกาศจะได้รับผลกระทบได้ง่าย
l เพิ่มความเป็นไปได้ของการมีเพศสัมพันธ์แบบแม่เหล็กกับวงจรอื่น ๆ บนบอร์ด
แรงดันไฟฟ้าตกความถี่สูงบนตัวเหนี่ยวนำลูปถือเป็นแหล่งกำเนิดรังสีโหมดร่วมซึ่งถูกสร้างขึ้นผ่านสายเคเบิลภายนอก
 
ดังนั้นการเดินสาย PCB ควรอยู่ใกล้กับระนาบมากที่สุด และหลีกเลี่ยงการแบ่งส่วนหากจำเป็นต้องข้ามเขตหรือไม่สามารถอยู่ใกล้ระนาบกราวด์กำลังได้ เงื่อนไขเหล่านี้จะอนุญาตเฉพาะในสายสัญญาณความเร็วต่ำเท่านั้น
 
การประมวลผลข้ามพาร์ติชันในการออกแบบ
หากการออกแบบ PCB ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการแบ่งข้ามแผนกได้ จะจัดการกับมันอย่างไร?ในกรณีนี้ การแบ่งส่วนจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขเพื่อให้เส้นทางย้อนกลับสั้น ๆ สำหรับสัญญาณวิธีการประมวลผลทั่วไป ได้แก่ การเพิ่มตัวเก็บประจุซ่อมและการข้ามสะพานลวด
 ตัวเก็บประจุแบบ Stiching
ตัวเก็บประจุเซรามิก 0402 หรือ 0603 ที่มีความจุ 0.01uF หรือ 0.1uF มักจะวางไว้ที่หน้าตัดสัญญาณหากมีพื้นที่ว่างจะสามารถเพิ่มตัวเก็บประจุดังกล่าวได้อีกหลายตัว
ในเวลาเดียวกัน พยายามให้แน่ใจว่าสายสัญญาณอยู่ในช่วงของความจุการเย็บ 200mil และยิ่งระยะทางน้อยเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้นเครือข่ายที่ปลายทั้งสองของตัวเก็บประจุสอดคล้องกับเครือข่ายของระนาบอ้างอิงที่สัญญาณผ่านตามลำดับดูเครือข่ายที่เชื่อมต่ออยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของตัวเก็บประจุในรูปด้านล่างเครือข่ายที่แตกต่างกันสองเครือข่ายที่เน้นด้วยสองสี ได้แก่:
หน้า 4
สะพานข้ามสายไฟ
เป็นเรื่องปกติที่ “กระบวนการกราวด์” สัญญาณจะพาดผ่านการแบ่งชั้นสัญญาณ และอาจเป็นสายสัญญาณเครือข่ายอื่นๆ เส้น “กราวด์” ที่หนาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

 

 

ทักษะการเดินสายสัญญาณความเร็วสูง
ก)การเชื่อมต่อโครงข่ายหลายชั้น
วงจรกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูงมักจะมีการบูรณาการสูง มีความหนาแน่นของสายไฟสูง การใช้บอร์ดหลายชั้นไม่เพียงแต่จำเป็นสำหรับการเดินสายเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดสัญญาณรบกวนอีกด้วย
 
การเลือกชั้นที่เหมาะสมสามารถลดขนาดของแผ่นพิมพ์ได้อย่างมาก สามารถใช้ชั้นกลางเพื่อตั้งโล่ได้อย่างเต็มที่ สามารถรับรู้ถึงสายดินใกล้เคียงได้ดีขึ้น สามารถลดการเหนี่ยวนำปรสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถลดระยะเวลาการส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถลดการรบกวนข้ามระหว่างสัญญาณ ฯลฯ ได้อย่างมาก
ข)ยิ่งตะกั่วงอน้อยเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น
ยิ่งการดัดงอของตะกั่วระหว่างพินของอุปกรณ์วงจรความเร็วสูงน้อยลงเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น
สายไฟของวงจรกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูงใช้เส้นตรงเต็มและจำเป็นต้องหมุน ซึ่งสามารถใช้เป็นเส้นโพลีไลน์ 45° หรือการหมุนส่วนโค้งได้ข้อกำหนดนี้ใช้เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงในการยึดเกาะของฟอยล์เหล็กในวงจรความถี่ต่ำเท่านั้น
ในวงจรความเร็วสูง การปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้จะช่วยลดการส่งผ่านและการเชื่อมต่อสัญญาณความเร็วสูง และลดการแผ่รังสีและการสะท้อนของสัญญาณ
ค)ยิ่งตะกั่วสั้นเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น
ยิ่งตะกั่วระหว่างพินของอุปกรณ์วงจรกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูงยิ่งสั้นก็ยิ่งดีเท่านั้น
ยิ่งตะกั่วยาว ค่าตัวเหนี่ยวนำและความจุแบบกระจายก็จะยิ่งมากขึ้น ซึ่งจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อการส่งผ่านสัญญาณความถี่สูงของระบบ แต่ยังเปลี่ยนลักษณะความต้านทานของวงจรด้วย ส่งผลให้เกิดการสะท้อนและการสั่นของระบบ
ง)ยิ่งมีการสลับกันระหว่างชั้นตะกั่วน้อยเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น
การสลับระหว่างพินของอุปกรณ์วงจรความเร็วสูงที่น้อยลงก็ยิ่งดีเท่านั้น
สิ่งที่เรียกว่า “การสลับลีดระหว่างชั้นที่น้อยลงก็ยิ่งดี” หมายความว่า ยิ่งใช้รูน้อยลงในการเชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ ก็ยิ่งดีเท่านั้นมีการวัดว่าหนึ่งรูสามารถนำความจุแบบกระจายประมาณ 0.5pf ส่งผลให้วงจรล่าช้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก การลดจำนวนรูสามารถปรับปรุงความเร็วได้อย่างมาก
จ)หมายเหตุ การรบกวนข้ามแบบขนาน
การเดินสายสัญญาณความเร็วสูงควรคำนึงถึง "การรบกวนข้าม" ที่เกิดจากการเดินสายแบบขนานระยะสั้นของสายสัญญาณหากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการกระจายแบบขนานได้ สามารถจัดพื้นที่ "กราวด์" ขนาดใหญ่ไว้ฝั่งตรงข้ามของสายสัญญาณแบบขนานเพื่อลดการรบกวนได้อย่างมาก
ฉ)หลีกเลี่ยงกิ่งก้านและตอไม้
การเดินสายสัญญาณความเร็วสูงควรหลีกเลี่ยงการแตกกิ่งหรือสร้าง Stub
ตอไม้มีผลกระทบอย่างมากต่อความต้านทานและอาจทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณและโอเวอร์ชูต ดังนั้นเราควรหลีกเลี่ยงตอไม้และกิ่งก้านในการออกแบบ
การเดินสายแบบเดซี่เชนจะช่วยลดผลกระทบต่อสัญญาณ
ก)สายสัญญาณลงไปที่พื้นด้านในให้ไกลที่สุด
สายสัญญาณความถี่สูงที่เดินบนพื้นผิวนั้นสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้ง่าย และยังถูกรบกวนจากรังสีหรือปัจจัยแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกได้ง่ายอีกด้วย
สายสัญญาณความถี่สูงถูกส่งระหว่างแหล่งจ่ายไฟและสายกราวด์ ผ่านการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยแหล่งจ่ายไฟและชั้นล่าง การแผ่รังสีที่เกิดขึ้นจะลดลงมาก