Kami terus meninjau penelusuran PCB. Saya menerbitkan artikel ini dari kampung halaman saya di Severodvinsk, dengan terima kasih kepada para guru sekolah saya. Topik yang dikhususkan adalah dasar, dan karena itu penting untuk menanganinya. Di sini, refleksi dalam garis sinyal akan dipertimbangkan dan, seperti biasa, rekomendasi akan diberikan untuk mengurangi distorsi sinyal, termasuk menggunakan berbagai teknik pencocokan garis.
Dalam artikel
sebelumnya dalam siklus, ditunjukkan bahwa kehadiran guntingan di jalur arus balik meningkatkan induktansi dari sirkuit sinyal, yang secara negatif mempengaruhi tingkat EMR dari papan sirkuit cetak. Namun, dampak negatifnya tidak berakhir di sana (perlu dicatat bahwa ada situasi ketika penggunaan guntingan pada lapisan referensi mengurangi tingkat ESDM dari papan sirkuit tercetak, namun, mereka memerlukan akurasi yang besar dari sudut pandang mengendalikan arus balik dan tidak dapat direkomendasikan dalam kasus umum). Sebuah guntingan, seperti ketidakhomogenan lainnya (lubang transisi, percabangan lintasan, perubahan lebar lintasan atau jarak dari lapisan referensi, dll.) Mengubah nilai lokal dari impedansi (impedansi instan Bahasa Inggris) dari garis sinyal. Setiap perubahan impedansi selama propagasi sinyal mengarah ke perubahan amplitudo dan penampilan sinyal pantulan yang merambat kembali ke sumber (Gbr. 1).
Amplitudo sinyal maju dan mundur relatif terhadap sumber ditentukan hanya oleh nilai impedansi Z1 dan Z2 pada frekuensi yang diberikan:
Tanda minus di depan koefisien akan menunjukkan perubahan fase sinyal sebesar 180
° . Bahkan jika garis sinyal homogen (selanjutnya, keseragaman garis berarti keteguhan parameter geometrik dari penampang) sepanjang seluruh panjangnya, dan impedansinya konstan dan disebut impedansi karakteristik, pantulan dapat terjadi tidak hanya pada garis itu sendiri, tetapi dan pada ujungnya - di sisi sumber atau di sisi beban. Pertimbangkan rangkaian sederhana (Gbr. 2), di mana resistansi sumber sinyal dan beban tidak konsisten dengan impedansi gelombang saluran homogen. Dalam hal ini, pantulan dalam garis terjadi berulang kali, secara bertahap memudar, dan mengarah pada pola interferensi - jumlah sinyal. Pola sinyal yang dipantulkan dan hasil simulasi dalam LTSpice untuk sinyal pulsa langkah-demi-langkah dengan amplitudo 1,2 V dan keunggulan 1 ns juga ditunjukkan pada gambar.
Perhatikan bahwa tegangan pada input garis sinyal selama waktu propagasi sinyal (sampai pantulan pertama) tidak sama dengan tegangan dari sumber sinyal V
S dan dihubungkan dengan koefisien pembagi resistif.
Setelah beberapa refleksi dari ujung garis, nilai tegangan pada beban cenderung ke jumlah dari penurunan geometrik yang sama dengan tegangan pada lengan bawah dari pembagi resistif.
Karena dalam kondisi nyata tidak mungkin untuk memastikan keteguhan impedansi di sepanjang jalur perambatan sinyal, pantulan selalu terjadi. Pertanyaannya adalah dalam kondisi apa mereka menyebabkan distorsi sinyal yang terlihat. Kami kembali mempertimbangkan contoh sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar. 2, memperbaiki nilai resistansi sumber sinyal, beban dan impedansi gelombang saluran. Oleh karena itu, amplitudo dari sinyal interferensi yang termasuk dalam jumlah juga dipertahankan. Namun, selain amplitudo dari sinyal A
i, nilai penjumlahan tergantung pada perpindahan waktu mereka τ
i :
di mana TD adalah waktu propagasi sinyal dalam saluran atau waktu tunda saluran (Bahasa Inggris penundaan saluran transmisi). Nilai ini ditentukan oleh panjang L dari garis sinyal dan kecepatan rambat v dari sinyal di garis TD = L / v. Kami akan mengurangi waktu tunda saluran - sementara durasi "rak", ketika nilai sinyal konstan, juga akan berkurang. Dan ketika sinyal yang dipantulkan i + 1 sampai ke beban segera setelah sinyal-i mencapai nilai amplitudo, rak akan hilang. Karena sinyal mencapai nilai amplitudonya dalam waktu yang sama dengan durasi tt depan, hal-hal berikut harus dilakukan:
Penurunan lebih lanjut dalam waktu tunda akan mengarah pada fakta bahwa nilai amplitudo riak (deringan bahasa Inggris) tidak akan tercapai. Dalam kasus pembatas garis pendek tak terhingga TD → 0, transien osilasi tidak ada. Oleh karena itu kesimpulan tentang perlunya meminimalkan panjang garis untuk sinyal kritis, yang telah disebutkan dalam artikel
sebelumnya sehubungan dengan penurunan induktansi. Tentu saja, garis sinyal nyata pada papan sirkuit tercetak memiliki panjang yang terbatas, sehingga kondisi TD << t
R adalah kriteria matematis untuk riak kecil.
R.1.
Kondisi praktis untuk distorsi kecil sinyal pulsa dengan durasi tR depan dalam garis sinyal dengan waktu tunda TD adalah TD <1/5 R. t R. Untuk memperkirakan panjang garis sinyal, kita dapat mengambil v ≈ 15 cm / ns (untuk FR4), maka kondisinya dapat ditulis ulang sebagai L [cm] <3 ∙ t R [ns].
Penting untuk dipahami bahwa tingkat distorsi yang dapat diterima harus ditentukan oleh perancang papan sirkuit cetak, atau parameter ini harus ditetapkan sebagai batasan. Selain itu, amplitudo riak tidak hanya tergantung pada hubungan antara t
R dan TD, tetapi juga pada tingkat ketidaksesuaian garis. Dalam rekomendasi yang diberikan, distorsi kecil dipahami sebagai denyutan, amplitudo yang tidak melebihi sekitar ± 10%. Jika kondisi t
R > 5 ∙ TD tidak terpenuhi atau jika persyaratan denyutnya lebih ketat, maka ada tiga cara untuk mengurangi fenomena resonansi pada saluran:
- penurunan TD (terutama karena penurunan panjang garis),
- peningkatan t R (penurunan kecepatan switching sinyal),
- koordinasi garis (terminasi bahasa Inggris).
Tujuan dari semua metode pencocokan garis (tabel 1) adalah untuk memastikan bahwa tidak ada pantulan pada salah satu atau kedua ujungnya. Tidak ada metode yang ideal - masing-masing memiliki pro dan kontra, sementara benar-benar semua metode menyebabkan hilangnya energi tambahan. Oleh karena itu, tidak disarankan untuk menggunakan pencocokan garis sebelum panjang garis minimum yang mungkin dan kecepatan switching sinyal disediakan.
Tabel 1. Metode pencocokan garis sinyal.
| Judul dan Skema | Tingkat kerugian | Komentar |
|---|
 | rendah |  |
 | tinggi |  |
 | rata-rata |  |
 | rata-rata |  |
Catatan:
(1) Dalam sirkuit paralel, koneksi ke kabel dan daya yang sama dapat digunakan.
(2) Secara optimal berarti kriteria untuk meminimalkan kehilangan energi.
Dalam kasus di mana garis sinyal menghubungkan sumber sinyal ke satu beban (point-to-point), kedua pencocokan impedansi di sisi sumber dan di sisi beban dapat digunakan. Jika ada beberapa beban pada saluran sinyal (Bahasa Inggris multiload), maka disarankan untuk menerapkan koordinasi pada sisi beban. Contoh skema seperti itu di mana tidak adanya distorsi sinyal selalu kritis, banyak - sirkuit jam terdistribusi, multi-point data bus, organisasi memori eksternal dengan beberapa mikrosirkulasi, dll. Dalam literatur bahasa Inggris, cabang jalur sinyal pendek (stub Inggris) dan panjang (cabang Inggris) dibedakan . Keuntungan dari cabang pendek adalah bahwa mereka mungkin tidak memiliki komponen yang cocok pada akhirnya, namun ada batasan pada panjangnya.
R.2.
Cabang pendek dari garis sinyal mungkin tidak konsisten, tetapi panjangnya harus minimal dan tidak boleh melebihi nilai di mana TD STUB 1/5 R. t R.
Tiga pola utama percabangan garis sinyal ke bagian N ditunjukkan pada Gambar. 3. Sirkuit dengan bagian pendek (kriteria yang sama dengan cabang) sebelum bercabang menyebabkan peningkatan beban pada sumber sinyal. Jika bagian itu jauh sebelum bercabang, maka perlu untuk meningkatkan impedansi cabang. Peningkatan tahanan gelombang pada garis sinyal pada lapisan yang sama akan membutuhkan penurunan lebarnya, yang dapat menjadi batasan. Jika Anda menggunakan resistor seri dengan tahanan R = (N - 1) ∙ Z
0 , maka ia membentuk pembagi tegangan - dan amplitudo sinyal pada beban berkurang V
LOAD = 1 / N ∙ V
IN . Jelas, masing-masing skema bukan tanpa kekurangan (selain menambah jumlah komponen yang digunakan), oleh karena itu, topologi dengan percabangan (topologi bintang) direkomendasikan untuk digunakan hanya ketika menggunakan topologi dengan garis sinyal utama dan cabang pendek dari itu (eng. topologi rantai daizy) tidak dimungkinkan.
Sebagai kesimpulan, perlu dicatat bahwa pilihan metode pencocokan garis sinyal terkait erat dengan sirkuit papan sirkuit cetak, jadi jika pengembang hanya bertanggung jawab atas topologi papan sirkuit cetak, keputusan harus dibuat bersama dengan insinyur sirkuit menggunakan pemodelan garis sinyal (SPICE atau perangkat lunak khusus). Namun, pertanyaan tentang perlunya mengoordinasikan saluran selalu diprakarsai oleh perancang papan sirkuit cetak jika tidak mungkin untuk memberikan tingkat distorsi yang diperlukan dengan cara lain.
Artikel ini pertama kali diterbitkan dalam jurnal Components and Technologies 2018, No. 3. Publikasi tentang Habr telah disetujui oleh para editor majalah tersebut.