كنت آمل حقًا أن أنشر مع مزاج "روسيا - في نصف النهائي" ، لكن القليل لم يكن كافيًا. على الرغم من أن الشخصية كانت دائمًا أعلى من النتيجة ، والشخصية التي رأيتها. شكرا شباب. نواصل تحسين ما نستطيع. هم في كرة القدم ، نحن في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة. دعنا نذهب ، الجزء السادس. يدرس تأثير خسائر الخط على مدة حافة الإشارة ، ويقدم نموذجًا من الحديث المتبادل ، ويقدم توصيات لتقليلها.
في مقال
سابق ، تبين أن عدم تناسق الخط يؤدي إلى الانعكاسات وتشويه الإشارة. تتضمن جميع طرق المطابقة التأكد من أن معاوقة الحمل و / أو المصدر تساوي معاوقة الموجة لخط الإشارة. ويترتب على ذلك أنه إذا كانت مقاومة الحمل غير مستقرة وتعتمد على بعض المعلمات ، فمن المستحيل ضمان المطابقة الدقيقة. على سبيل المثال ، تتميز سلسلة المدخلات للعناصر المنطقية دائمًا بسعة إدخال مكافئة (عادةً وحدات بيكوفاراد). الجهد عند مكثف الإدخال V خلال العابرين ، وبالتالي معاوقته
تعتمد على الوقت. يتم التعبير عن الانعكاسات الناشئة في هذه الحالة في تباطؤ المدة الأمامية في الوقت τ ≈ 2.2 ∙ Z
0 C (عن طريق القياس مع دائرة RC). إذا كانت مدة المصدر الأمامي t
R صغيرة مقارنة بـ τ ، فإن عملية شحن المكثف هي التي ستحدد مدة الجبهة في الطرف الأقصى من الخط.
في خط الإشارة الحقيقي ، تتباطأ جبهة الإشارة ليس فقط مع زيادة الحمل السعوي عليه ، ولكن أيضًا بسبب الخسائر الناجمة عن الخسائر الأومية وخسائر التسرب في العازل الكهربائي. في الشكل. 1 يظهر نموذج خط ضياع حيث المقاومة سلسلة
نماذج خسائر أومية (بما في ذلك تأثير الجلد) ، والمقاومة
عازل (هنا tg (δ) هو ظل الخسارة ، خاصية المادة العازلة). تؤدي الزيادة في الخسائر مع زيادة التردد إلى حقيقة أن مكونات التردد العالي للإشارة يتم تخفيفها بشكل أكبر ، مما يؤدي إلى تباطؤ جبهة الإشارة. إيريك بوغاتين في [1] يعطي صيغة لتقدير المدة الأمامية عند خرج خط الإشارة مع خسائر طول L وعازل مع النفاذية ε وفقدان الظل المماس (δ):
علاوة على ذلك ، من الحالة Δt
R = t
R OUT -t
R IN <0.1 ∙ t
R IN ، يمكننا استخلاص معيار تقديري لضرورة مراعاة التأثيرات المرتبطة بالخسائر في خط الإشارة.
R.1.
بالنسبة لخط الإشارة الذي يتوافق طوله L مع المعيار L [cm] <5 / (tg (δ) ∙ √ε) ∙ t R [ns] ، يمكن تجاهل تأثير الخسائر على مدة حافة الإشارة. بالنسبة للعوازل FR4 ، تأخذ هذه الحالة الشكل L [cm] <125 ∙ t R [ns].
كما يتبين من هذه التوصية ، في معظم التطبيقات عند تطوير لوحات الدوائر المطبوعة ، يمكنك استخدام نموذج خط الإشارة بدون فقدان ، حيث R
LEAK = ∞ و R
SER = 0.
مصدر آخر للخسارة هو الاقتران المتقاطع مع الموصلات المجاورة (eng. coupling) ، مما يؤدي إلى تشويه الإشارة في الخط النشط (بسبب الخسائر في المجال القريب) والناقلات المستحثة (eng. Crosstalk) في الخط السلبي. ينشأ التأثير بسبب مبدأين فيزيائيين - الاقتران الكهربائي (السعوي) والاقتران المغناطيسي (الاستقرائي). في الشكل. يوضح الشكل 2 المعلمات المحددة للاقتران المتبادل - الحث المتبادل L
M والسعة المتبادلة C
M ، والتي تعتمد في المقام الأول على هندسة ومعلمات المواد.
يظهر في الشكل. 3 يمكن استخدام دارات متصالبة مكافئة للحسابات والمحاكاة. يجب أن يكون العدد N من هذه الوصلات المتتالية أكبر ، وكلما زاد طول الخط الكهربائي TD والنطاق الطيفي المطلوب لنموذج BW:
يمكن حساب السعة C
L والمحاثة L
L للوصلات بالصيغ:
تتمثل الصعوبة الرئيسية في نمذجة مخطط الاقتران المكافئ في حساب قيم L
M و C
M لكل وصلة واحدة. بالنسبة لبعض الحالات ، هناك علاقات تحليلية تقديرية [2] ، في الحالة العامة ، يتم استخدام أدوات برمجية متخصصة تعتمد على الأساليب العددية لحل هذه المشكلة.
ص 2.
ينقص الحث المتبادل والسعة المتبادلة مع زيادة المسافة بين الموصلات ومع تناقص المسافة بين الموصل والطبقة المرجعية. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي وجود القواطع في الطبقة المرجعية إلى زيادة كبيرة في الحث المتبادل.
يؤدي الاقتران الكهربائي والمغناطيسي إلى فقدان الطاقة وتشويه الإشارة في الخط النشط وظهور الإشارة في الخط السلبي. السعة I
C وتيارات اقتران I
M الاستقرائي (الشكل 4) هي أحادية الاتجاه نحو المصدر (نهاية قريبة) وموجهة بالعكس نحو الحمل (الطرف البعيد):
الدائرة المكافئة قصيرة كهربائيًا (للتأخير الزمني الذي يتم فيه تنفيذ TD <1/5 ∙ t
R للخط السلبي ، انظر الشكل 5 ، حيث يتم تحديد مصادر الطاقة الكهربائية بواسطة الصيغ:
الدائرة مبسطة وقابلة للتطبيق فقط لتقدير سعة الحديث المتبادل. ومع ذلك ، بالنسبة لهذا المخطط ، يتم اشتقاق العلاقات التحليلية التي تظهر التبعيات الرئيسية ، والتي تنطبق أيضًا على الحالات الأكثر تعقيدًا:
ص 3.
طرق الحد من التداخل:
- زيادة مدة واجهات الإشارة في الخط النشط (المهندس المعتدي ، الخط النشط).
- النقص في قسم متوازي من الخطوط.
- زيادة المسافة بين الموصلات. هناك توصيات للمسافة الدنيا بين حواف المسارات المطبوعة s ~ 6 ∙ h أو s ~ 3 ∙ w ، حيث h هي المسافة إلى طبقة الدعم ، و w هو عرض المسار.
- تقليل المسافة بين الموصل والطبقة المرجعية.
- اختيار المقاومة في نهايات الخطوط النشطة والسلبية (الضحية الإنجليزية ، الخط الهادئ).
- استخدام الموصلات الواقية (تتبع الحرس الإنجليزي) يتم تقصيره إلى طبقة الدعم في النهايات ، وإذا أمكن ، على طول الطول (من ترتيب ثلاث فيا لكل طول t R ∙ v).
- استخدام microstrip مضمن (الإنجليزية microstrip المضمنة) أو خطوط الشريط ، والتي ، بسبب تناظر العازل ، V FE ≈ 0.
في الشكل. يوضح الشكل 6 الأشكال الموجية لقياس الحديث المتبادل بين خطين بسعة 50 أوم على لوح تجريبي في حالتين: w ~ 2.5 مم ، s ~ 0.6 مم ، h = 1.39 مم و w ~ 0.6 مم ، s ~ 1.9 مم ، ح = 0.3 مم. يبلغ طول الأجزاء المتوازية للمسارات حوالي 30 سم ، ومن الجدير الانتباه إلى أن مدة حواف الإشارة على الخط النشط تتجاوز القيم النموذجية لألواح الدوائر المطبوعة الرقمية عالية السرعة بشكل كبير. مقدار التداخل في الشكل. 5 لا يجب اعتبارها مميزة ، فهذه الأشكال الموجية هي في المقام الأول تمثيل مرئي للتأثير على مقدار التداخل في مدة جبهة الإشارة ، والمسافة بين الموصلات وقرب الطبقة المرجعية.
لقد اعتبرت النظرية المذكورة أعلاه ، من أجل البساطة ، مثالًا على اثنين من الموصلات. ومع ذلك ، من المهم أن نفهم أن الوضع النموذجي لألواح الدوائر المطبوعة الرقمية هو عندما تقوم عدة خطوط إشارة بتغيير حالتها بشكل متزامن. نظرًا لأنه يتم إضافة الحديث المتبادل من عدة خطوط نشطة ، في هذه الحالة يمكن أن يصبح مقدار التداخل حرجًا ، مما يؤدي إلى الأداء غير الصحيح للنظام. في هذه الحالة ، يتم استخدام برنامج متخصص للمحاكاة العددية ، لكن المبادئ الأساسية لتقليل كمية الحديث المتبادل تبقى كما هي في التوصية السابقة.
الأدب
[1] بوغاتين إي. "سلامة الإشارة والقوة - مبسطة" ، الطبعة الثانية ، بيرسون ، 2010
[2] خوارزمية الحث والسعة المتبادلة ، مراجعة. 01.8.2
[3] Adamczyk B. "EMC Crosstalk between PCB Traces"، West Michigan EMC Chapter Meeting، 2013
نُشر المقال لأول مرة في دورية Components and Technologies 2018، No. 4. تم الاتفاق على تحرير هبر مع محرري المجلة.