Routing PCB: EMI dan integritas sinyal, kembalikan pertanyaan saat ini

Jika ada pelajaran EMI / SI yang saya ambil, ini untuk meminimalkan loop pengembalian sebanyak mungkin. Anda dapat mengerjakan banyak panduan EMI / SI dari satu pernyataan sederhana itu.

Namun, tidak pernah atau bahkan pernah melihat Hyperlynx atau segala macam alat simulasi RF penuh ... agak sulit untuk membayangkan apa yang secara khusus saya butuhkan untuk berkonsentrasi. Pengetahuan saya juga sepenuhnya berdasarkan buku / internet ... tidak formal atau didasarkan pada terlalu banyak diskusi dengan para pakar jadi saya mungkin memiliki konsepsi atau kesenjangan yang aneh.

Seperti yang saya bayangkan, saya memiliki dua komponen utama untuk sinyal kembali. Yang pertama adalah sinyal balik frekuensi rendah (DC-ish) yang mengikuti secara umum seperti yang Anda harapkan ... sepanjang jalur resistansi terendah melalui jaringan / pesawat daya.

Komponen kedua adalah sinyal balik frekuensi tinggi yang mencoba mengikuti jejak sinyal pada bidang tanah. Jika Anda mengganti lapisan dari mengatakan lapisan atas ke lapisan bawah pada papan 4 lapisan (sinyal, arde, daya, sinyal), sinyal pengembalian HF akan seperti yang saya pahami mencoba melompat dari bidang tanah ke bidang daya dengan memutar melalui jalur terdekat yang tersedia (tutup decoupling terdekat, semoga ... yang bagi HF mungkin juga pendek).

Saya kira jika Anda menempatkan dua komponen ini ke dalam istilah induktansi, maka itu semua hal yang sama benar-benar (dekat resistance DC adalah semua yang penting, di HF menurunkan induktansi cara berikut bersama di bawah jejak) .. tapi lebih mudah bagi saya untuk membayangkan mereka secara terpisah sebagai dua mode yang berbeda untuk dihadapi.

Jika saya baik-baik saja sejauh ini, lalu bagaimana cara kerjanya pada lapisan sinyal internal dengan dua pesawat yang berdekatan?

Saya memiliki papan 6 lapisan (sinyal, ground, power, signal, ground, signal). Setiap lapisan sinyal memiliki bidang tanah yang berdekatan yang sepenuhnya tidak terputus (kecuali untuk vias / lubang, jelas). Lapisan sinyal tengah juga memiliki bidang tenaga yang berdekatan. Pesawat listrik dibagi menjadi beberapa wilayah. Saya mencoba untuk menjaga seminimal mungkin, tapi saya perpecahan 5V misalnya mengambil bentuk bentuk besar tebal "C" di sekitar bagian luar papan. Sebagian besar sisanya adalah 3.3V, dengan wilayah 1.8V bawah sebagian besar BGA besar, dengan wilayah 1.2V sangat kecil dekat pusat itu.

(1) Apakah pesawat listrik split saya akan menyebabkan saya masalah bahkan jika saya fokus pada memastikan sinyal memiliki jalur balik yang baik melalui pesawat tanah? (2) Apakah jalur balik frekuensi rendah mengambil jalan memutar lebar pada split pesawat 5V "C" yang menyebabkan masalah? (Saya biasanya akan berpikir tidak ada ...?)

Saya dapat membayangkan bahwa dua pesawat yang tidak terputus dengan induktansi yang hampir sama mungkin akan menyebabkan arus balik mengalir di keduanya ... tapi tebakan liar saya adalah bahwa setiap jalan memutar yang diperlukan pada pesawat listrik akan membuat sinyal balik sangat bias terhadap pesawat tanah.

(3) Juga, lapisan tengah dan bawah berbagi bidang tanah yang sama. Seberapa besar masalah adalah bahwa? Saya secara intuitif akan menebak bahwa jejak langsung di atas satu sama lain berbagi pengembalian tanah yang sama akan mengganggu satu sama lain lebih dari jejak kopling berdekatan yang berdekatan pada lapisan yang sama. Apakah saya harus bekerja ekstra keras di sana untuk memastikan bahwa tidak terjadi?

Saya curiga mungkin ada komentar "yeah secara umum, tetapi Anda tidak dapat mengetahuinya tanpa mensimulasikannya", mari anggap saya berbicara secara umum.

EDIT: Oh, aku hanya memikirkan sesuatu. Akankah melintasi sebuah pesawat split kekuatan sekrup up jejak impedansi untuk stripline? Saya bisa semacam melihat bagaimana impedansi jejak yang ideal lebih rendah sebagian didasarkan pada memiliki dua pesawat ... dan jika satu rusak bisa itu menjadi masalah ...?

EDIT EDIT: Oke, saya sudah menjawab sebagian pertanyaan saya pada berbagi pesawat antara lapisan sinyal. Kedalaman efek kulit mungkin sebagian besar membatasi sinyal ke sisi pesawat mereka sendiri. (1/2 Oz tembaga = 0,7 mil, kedalaman kulit @ 50MHz adalah 0,4 mil, 0,2 mil @ 200MHz .. jadi apa pun di atas 65MHz harus menempel di sisi pesawat. Saya sebagian besar khawatir tentang sinyal DDR2 200MHz, tetapi <65MHz komponen yang masih bisa menjadi masalah)

pcb pcb-design emc signal-integrity Darron
sumber

Saya suka pertanyaan ini .. Bisakah Anda menjelaskan sedikit tentang "Jika Anda mengganti layer dari katakanlah layer teratas ke layer bawah pada papan 4 layer (sinyal, ground, power, signal), sinyal kembali HF akan seperti yang saya mengerti coba lompat dari bidang tanah ke bidang tenaga dengan memutar melalui jalur terdekat yang tersedia (tutup decoupling terdekat, semoga ... yang bagi HF mungkin juga pendek). "?

richieqianle

Jawaban:

Saya pikir Anda berada di jalan yang benar, beberapa catatan,

1) Dengan jejak sinyal antara dua pesawat, arus balik akan terbelah antara dua pesawat, bahkan jika salah satu pesawat terbelah. Arus balik tidak dapat "melihat masa depan" dan memutuskan sebelumnya pesawat mana yang akan kembali. Itu akan kembali di atas dan di bawah jejak sampai ia melihat perpecahan di mana titik mengatakan "oh sial!" dan membalas Anda dengan kemungkinan menyebabkan Anda gagal dalam pengujian FCC. Jadi, Anda ingin menghindari jejak berlari di atas pesawat terbelah meskipun pesawat yang berdekatan tidak terbelah. Anda dapat menangani pemisahan dengan kapasitor dan semacamnya tetapi solusi jenis ini kurang ideal. Saya akan fokus untuk selalu menghindari jejak di atas pesawat yang terbelah pada pesawat yang berdekatan.

2) Jalur pengembalian lebar pada sinyal DC tidak terlalu penting.

3) Anda bertanya tentang dua lapisan sinyal yang berbagi bidang yang sama. Biasanya, ini bukan masalah besar jika dilakukan dengan benar. Apa yang banyak orang lakukan adalah menggunakan salah satu lapisan sebagai lapisan sinyal "horizontal" dan yang lainnya sebagai lapisan sinyal "vertikal" sehingga arus balik saling orthogonal. Sangat umum untuk merutekan dua lapisan sinyal untuk setiap bidang, dan menggunakan teknik horizontal / vertikal ini. Yang paling penting untuk diingat adalah untuk tidak mengubah pesawat referensi. Pengaturan Anda bisa sedikit rumit karena pergi dari lapisan bawah ke lapisan ke-4 menambah bidang kembali. Papan 6 lapisan lebih khas

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

Jika Anda membutuhkan pesawat tambahan yang lebih kecil, seperti di bawah mikro, ini biasanya akan ditempatkan sebagai pulau di salah satu lapisan sinyal. Jika Anda perlu menggunakan lebih banyak pesawat listrik, Anda mungkin ingin berpikir tentang pergi ke 10+ lapisan.

4) Jarak pesawat penting, dan dapat memiliki dampak besar pada kinerja, jadi Anda harus menentukan ini ke rumah dewan. Jika Anda mengambil contoh 6 lapisan stackup yang saya sebutkan di atas, spasi 0,005 .005 .040 .005 .005 (bukan tumpukan standar dengan jarak yang sama antara lapisan) dapat membuat urutan peningkatan besarnya. Itu membuat lapisan sinyal dekat dengan bidang referensi mereka (loop lebih kecil).

bt2
sumber

6 lapisan stackup Anda adalah apa yang biasanya saya gunakan. Panduan tata letak untuk prosesor ini merekomendasikan penumpukan SGPSGS yang aneh ini, mengklaimnya meningkatkan kapasitansi pesawat (yang walaupun saya yakin itu, saya tidak yakin ini adalah sistem yang cukup cepat), saya akan menempatkan spasi pada 5-5- 21-5-5. (4PCB menggunakan foil pada lapisan luar, sehingga celah tengah prepreg bukan inti)

darron

Bukankah induktansi yang lebih tinggi dari jalur balik di sepanjang bidang perpecahan mencegah jalur balik frekuensi tinggi dari pembentukan di bidang itu? Khususnya jika bidang yang tidak terputus 4x lebih dekat, yang mungkin menghasilkan loop yang jauh lebih kecil?

ajs410

@ ajs410, lebih banyak arus akan mengalir di bidang yang lebih dekat. Tetapi jika kita membuat pesawat pura-pura yang sama spasi, tapi satu memiliki split, saat ini masih akan mengalir sama di setiap pesawat (pada frekuensi tinggi) karena sinyal tidak dapat melihat ke depan untuk melihat perpecahan. Arus balik mengalir di pesawat sebelum sinyal mencapai tujuan akhir. Lihat video ini biaya dalam gerakan dari situs Howard Johnson, signalintegrity.com/Pubs/news/14_02.htm , mungkin juga ingin mencari "induktansi parsial"

BT2

@ Darron, ya itu aneh. Saya akan berpikir routability inferior (jika itu kata) dari stackup akan lebih besar daripada kapasitansi antar-pesawat yang diperoleh.

bt2

@ ajs410, mungkin saya tidak jelas, sinyalnya tidak bisa melihat ke depan, itulah sebabnya arus balik mengalir di kedua pesawat saat sinyal merambat ke jejak, bahkan jika satu pesawat terbelah. Contoh lain dari ini adalah bertopik. Beberapa orang, misalnya, menjalankan jejak clk ke tepi papan ke titik uji untuk debugging. Ini menyebabkan kebisingan yang dapat menyebabkan kegagalan FCC. Mengapa arus mengalir melalui jejak yang tidak ditentukan? Karena sinyalnya tidak tahu itu tidak dihentikan sampai mencapai akhir jejak; tidak bisa melihat masa depan. Jejak menjadi antena.

bt2

Ya, Anda cukup banyak menjawab pertanyaan Anda sendiri. Untuk apa nilainya, semua yang Anda nyatakan persis seperti yang telah saya pelajari (pengungkapan: Saya juga buku / Internet yang dididik tentang EMI / SI).

Saya cukup yakin melintasi pesawat split akan merusak impedansi stripline itu. Namun, untuk non-stripline, selama satu pesawat tetangga menyediakan jalur arus balik yang tidak terputus, Anda harus setuju dengan EMI. Meskipun saya akan memeriksa stack-up untuk memastikan bahwa bidang yang tidak terputus secara fisik lebih dekat ke lapisan sinyal.

Saya tidak akan khawatir tentang arus balik frekuensi rendah pada split 5V Anda.

ajs410
sumber

Oh wow, terima kasih sudah menyebutkan jarak stack-up plane. Pesawat listrik lebih dekat ke lapisan sinyal batin dari bidang tanah. Saya tidak yakin saya akan memperhatikan itu. Saya akan mengubahnya.

darron