مقدمه: چالش پنهان در طراحی با سرعت بالا

طرح های الکترونیکی با سرعت بالا در حال حاضر در سراسر صنایع - از زیرساخت های 5G و رادار خودرو به تصویربرداری پزشکی و محاسبات ابری است، زیرا فرکانس های ساعت به محدوده تابش گیگاهرتز و نرخ لبه کوچک به پیکوثانیه، واقعیت فیزیکی از تخته های مدار و اجزای کنترل کننده که نمی تواند نادیده گرفته شود، و عناصر انگلی - خازن ناخواسته، ایمنی و مقاومت در هر دو بخش نظارت بر اتصال الکترونی آن است (که دیگر اثری از طریق اتصال به طور مستقیم وجود دارد).

انگل ها چیست؟ یک نگاه عمیق تر

انگل ها خواص الکتریکی هستند که از ساختار فیزیکی مدارهای ظهور می کنند، نه از طراحی عمدی، آنها هر جا که دو هادی نزدیک به یکدیگر (اختلال) هستند، در هر کجا جریان فعلی در یک حلقه (تقسیم)، و هر کجا مواد هدایت محدود (مقاومت) دارند، ظاهر می شوند - یک مقاومت، خازن، بسته IC، یا ردیابی - عناصر انگلی که در فرکانس های بالا قابل توجه می شوند.

عدم تعادل

فرم های خازن بین هر دو هادی جدا شده توسط یک دی الکتریک در PCB، این شامل خازن بین ردهای مجاور، بین یک ردیابی و یک هواپیمای زمینی، و بین قطعات منجر می شود.در فرکانس های بالا، این خازن های ناخواسته ایجاد مسیرهایی که می تواند صدا را از یک شبکه به دیگری انتقال دهد، کاهش سیگنال و انتشار گازهای گلخانه ای، برای کاهش بازخوردهای انگلی و کاهش دهنده، می تواند باعث نوسان و نوسان ناخواسته در دروازه شود.

عدم پذیرش

استنتاج انگل ها از میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان فعلی در یک حلقه است.هر هادی - سیم، ردیابی، یا سیم پیوند - خود را استنتاج می کند و منطقه حلقه ایجاد شده توسط مسیر فعلی تعیین می کند کل استنتاج.در مدارهای دیجیتال با سرعت بالا، استنتاج انگل در شبکه های تحویل برق باعث پریدن زمین و ولتاژ می شود، در حالی که در مسیر فعلی، سیگنال های تمیز یا یک سیگنال از طریق هش کردن یک سیگنال می تواند یک زنگ زدن را ایجاد کند.

مقاومت در برابر

مقاومت انگلی شامل مقاومت DC از ردهای مس، مقاومت تماس با کانکتورها و مقاومت اثرات پوست است که با فرکانس افزایش می یابد، در حالی که اغلب مقاومت های کوچک، انگلی به زیان های آهی، گرمایش و کاهش سیگنال کمک می کند و با خازن و عدم تعادل برای ایجاد مدارهای تکراری که می توانند صدای را تقویت یا مرطوب کنند، ارتباط برقرار می کند.

چرا انگل ها برای EMC مهم هستند

سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) دارای دو جنبه است: انتشار ( چقدر انرژی الکترومغناطیسی یک دستگاه را تابش می کند) و حساسیت (که چقدر آن را مقاومت در برابر مداخله خارجی) Parastrics هر دو را با سرعت بالا، هر خازن ناخواسته و استنتاج کننده تبدیل به یک مسیر برای انرژی به زوج یا خارج از سیستم.

افزایش پیشرفت EMI Emissions

عناصر انگلی می توانند یک سیگنال دیجیتال تمیز را به یک منبع نویز پهن تبدیل کنند.به عنوان مثال، یک نرخ سریع لبه (FLT:0 [FLT:] dt همراه با استفاده از خازن انگلی به یک ردیابی طولانی رادیاتور یک جریان رایج ایجاد می کند که به طور مشابه، تزریق انگل در مسیرهای بازگشتی باعث نوسانات زمینی می شود که از طریق سیگنال های بالا به آنها آسیب می رساند.

عدم قطعیت و عدم اطمینان

Parasastics همچنین مدارهای را نسبت به زمینه های خارجی آسیب پذیرتر می کند.یک واکنش انگلی بین استنتاج و خازن ورودی می تواند سیگنال مداخله را در فرکانس خاصی تقویت کند، باعث خطا یا فلج شدن شود.در مدارهای آنالوگ حساس، خازن انگل از یک بخش دیجیتال پر سر و صدا می تواند صدا را به یک تقویت کننده کم صدا تزریق کند، کاهش عملکرد سیستم.

سیگنال صداقت Degradation

در حالی که یکپارچگی سیگنال اغلب به طور جداگانه از EMC درمان می شود، دو به طور دقیق به هم مرتبط هستند.ششگری ها، زنگ زدن و صحبت متقابل ناشی از انگل ها نه تنها داده های فاسد بلکه انرژی فرکانس بالا تولید می کنند که به انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند.یک خط انتقال از دست رفته با کنترل ضعیف، بیش از یک ویژگی خوب پخش می شود، بنابراین کنترل انگل ها کیفیت سیگنال و همزمان را بهبود می بخشد.

استراتژی های طراحی برای به حداقل رساندن انگل ها و بهبود EMC

مهندسان مجموعه ای قوی از شیوه های طراحی را برای مدیریت اثرات انگل توسعه داده اند.این استراتژی ها شامل طرح، انتخاب جزء، طراحی پشته و شبیه سازی است.

بهینه سازی

مناطق حلقه ای را به کار می برد: هر حلقه فعلی به عنوان یک آنتن عمل می کند، نگه داشتن حلقه کوچک - با قرار دادن مسیر بازگشت به طور مستقیم در مجاورت مسیر سیگنال - هر دو برش و تابش استفاده از یک هواپیمای جامد تحت تمام رد سرعت بالا و اجتناب از هواپیماهای تقسیم شده است.

زمینی: زمین لرزه، زمین دوخت از طریق، و هواپیماهای زمینی با سرعت پایین ضروری است.

کاهش [[[۱۰]] [[۱۰]]] هر یک از طریق اضافه کردن خازن انگل و استنتاج. Minimize از طریق شمارش در شبکه های بحرانی و استفاده از چرخش زمین از طریق مجاور به سیگنال از طریق برای کاهش کسر حلقه.

انتخاب های مادی و Stack-Up

مواد آهن PCB و پشته به طور چشمگیری بر خازن انگل تأثیر می گذارد. طرح های سرعت بالا از مواد کم از دست رفته مانند راجرز 4350B یا ایزوولا 370HR، که ثابت های ثابت دی الکتریک پایدار و عوامل کم اتلاف را ارائه می دهد، نازک دی الکتریک باعث افزایش اسیدی شدن بین لایه ها می شود، که می تواند به کاهش دیکوپینگ کمک کند، اما همچنین Crosstalk را با لایه های کنترل شده و لایه های متعدد افزایش می دهد.

انتخاب و جایگاه

اجزای با انگل های پایین تر را انتخاب کنید: مقاومت های سطحی و خازن ها کمتر از انواع مختلف از طریق شکاف سرب دارند.استفاده از انواع بسته مانند 0402 یا 0201 برای خازن های برش دهنده برای به حداقل رساندن برش های سری. Place decoupling خازنs به عنوان نزدیک به پین های قدرت IC، با رد، به طور مستقیم برای انتخاب مستقیم و محافظت از طریق انواع کم است.

کنترل و پایان

Impedance mismatch causes reflections that generate additional harmonics. Design traces for controlled impedance (e.g., 50 Ω or 100 Ω differential) using proper trace width and spacing. Use series or parallel termination to match the line impedance to the source or load, reducing ringing and emissions.

فیلتر کردن و شیلد

حتی با طرح دقیق، انگل ها هنوز هم می توانند مسائل را ایجاد کنند. اضافه کردن مهره های معطر، حالت های رایج و فیلتر کردن خازن ها در I/O خطوط برای سرکوب انتشار گازهای گلخانه ای با زمین های مناسب می تواند حاوی انتشار گازهای گلخانه ای باشد؛ با این حال، اثربخشی سپر محدود است اگر عدم تقارن انگل در اتصال زمین یک آنتن اسلات ایجاد کند.

تکنیک های پیشرفته: شبیه سازی و اندازه گیری

طراحی مدرن به شبیه سازی الکترومغناطیسی برای پیش بینی اثرات انگلی متکی است. ابزارهایی مانند Ansys HFSS، CST Studio و Keysight ADS مدل 3D ساختار و استخراج ارزش های انگلی را که یکپارچگی قدرت (PI) و یکپارچگی سیگنال (SI) PCB را قبل از ساخت به شناسایی فرکانس های تغییر و ترکیب مسیرها کمک می کند.

اندازه گیری به همان اندازه مهم است.استفاده از تجزیه و تحلیل کننده شبکه بردار (VNA) برای اندازه گیری S-parameters و عدم اطمینان، و یک تجزیه و تحلیل طیف با یک کاوشگر نزدیک به میدان برای پیدا کردن منابع تابشی.ت زمان- دامنه بازتاب کننده (TDR) می تواند به مشخص کردن وقفه های بی اثر ناشی از طریق، کانکتورها، یا تغییرات در عرض ردیابی.

مثال موردی: Parasastics in a High-Speed Digital Interface

یک رابط حافظه DDR4 را در 2.4 گیگاهرتز در نظر بگیرید، سرعت بالا و خطوط داده حساس به خازن انگل از طریق و کانکتورها هستند، اگر مسیر بازگشت زمین بسیار بالا باشد، نویز همزمان سوئیچ (SSN) می تواند باعث خطا و تابش از ماژول حافظه شود.با بهینه سازی پشته PCB، استفاده از هواپیماهای نزدیک به لایه های سیگنال نزدیک به کاهش و محدودیت های سیستم عامل برای کنترل با استفاده از سیم اس.

نتیجه گیری: یکپارچه سازی آگاهی از انگل ها در جریان طراحی

Parasastics بخش اجتناب ناپذیر از سخت افزار با سرعت بالا است، اما آنها با دانش و ابزار مناسب قابل مدیریت هستند، با درک اینکه چگونه خازن ناخواسته، استنتاج و مقاومت قوی بر یکپارچگی سیگنال و دستورالعمل های سازگار با EMC برای بررسی طرح های بالا، یادداشت ها و استراتژی های جزء که تاثیر آنها را به حداقل می رساند، کلید درمان به عنوان یک نیاز طراحی از شروع - و نه کاهش توانایی طراحی سریع - برای بررسی این روش های پردازش داده های کاربردی، به عنوان کاهش سرعت و تجزیه و تحلیل داده های مختلف نیاز به عنوان کاهش سرعت پردازش داده های مختلف است.