יישום מטוסים קרקעיים לשיפור נתיבי אות מהיר במהירות גבוהה

התפקיד הקריטי של מטוסים קרקעיים בעיצוב מהיר

בעיצוב דיגיטלי מהיר, שלמות אות היא סלע המערכת אמינה.כפי ששיעורי הירכיים וקצבי מתח מתכווץ, הפריסה הפיזית של לוח המעגל המודפס (PCB) הופכת חשובה כמו ההיגיון שהיא מיישמת.בין הטכניקות החזקות והבסיסיות ביותר לשימור איכות האות הוא יישום מכוון של מטוסים קרקעיים. A מתוכנן כראוי מספק החזרה נמוכה עבור אותות מהירים, צמצום אסטרטגיות עיצוב אלקטרומגנטיות, החלת, כלומר, אופטימיזציה של סוללות מהירות גבוהה, עיצוב, ואסטרטגיות מקודמות, ריצוף, עם ריצוף, ריצוף, עם רמות גבוהות יותר, מגנטיות, סודיות, , , , ריצוף מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, , , , מגנטיות, ריצוף , , , , ריצוף ריצוף , , מגנטיות, עם יעילות, , , , , , ריצוף מגנטיות, עם יעילות גבוהה מגנטיות, עם יעילות גבוהה מגנטיות, מגנטיות, ריצוף ריצוף מגנטיות, ריצוף מגנטיות, עם מגנטיות, ריצוף מגנטיות, ריצוף ריצוף מגנטיות, מגנטיות

מה זה בעצם מטוס קרקע?

מטוס קרקע הוא אזור גדול ומתמשך של נחושת על אחד או יותר שכבות של PCB המחובר ההתייחסות הקרקעית של המערכת.זה מתפקד כצומת התייחסות יציב נגדו כל מתחי האות נמדדים.בעיצובים נמוכים, הקשר הקרקע יכול להיות עקבות פשוטים או תצורה של כוכב-נקודה.אבל בתדרים גבוהים (בדרך כלל מעל 10 מ"הרץ, ובמיוחד עם תת-שנתיים), עלייה של אותות מהותיים של צורת המשטח.

הנכס המרכזי של מטוס קרקע הוא אינדוקציה הנמוכה שלו.בניגוד לצליל צר, מטוס נחושת מציע נתיב רחב, נמוך-חינוך עבור זרמי החזרה.זה קריטי כי אותות מהירים גבוהים הם למעשה גלים אלקטרומגנטיים propaging לאורך קווי שידור שנוצרו על ידי עקבות האות ואת נתיב ההחזר שלה.הקרקע משמש כמנצח השני של קו זה.

הפיזיקה של פסיקות

בתדרים נמוכים, הנוכחי עוקב אחר הדרך של התנגדות לפחות. בתדרים גבוהים, הנתיב של לפחות אינדוקטיבי שולט.עבור סימן של עקבות על מטוס קרקע, הזרם החוזר זורם ישירות מתחת לסימן, מרוכז באזור צר.קרבה זו ממזערת את אזור הלולאה, צמצום חינוך עצמי וקרינה שדה מגנטית.המטוס מצלם ביעילות את האות הנוכחי, ומספק נתיב עצמאי בעל עקבי ששומר על שדות גמישים היטב.

כאשר מטוס קרקע שבור או חסר, זרם החזרה נאלץ למצוא נתיב חלופי, לעתים קרובות יוצר לולאות נוכחיות גדולות. הלולאות אלה לפעול כמו אנאנטות, קורנות אנרגיה וניתוק רעש לתוך מעגלים סמוכים.המתח שנוצר על פני החדירה יכול לגרום לקפיצה הקרקע ולשנות את המתח ההתייחסות של קבלת שערים, המוביל שגיאות לוגיות.

היתרונות של מטוסים קרקעיים בעיצובים מהירים

היתרונות של שילוב מטוסים קרקעיים מוצקים הולכים טוב מעבר לחזרת אות פשוטה.הם נוגעים בכל היבט של ביצועי PCB.

הפחתת ההתערבות אלקטרומגנטית (EMI)

על ידי מתן נתיב החזרה להגדרה נמוכה, מטוסים קרקעיים מכילים שדות חשמליים וגנטיים שנוצרו על ידי זרמי אות.המטוס פועל כמגן, מניעת שדות מקרינה לחלל חופשי או הפיכה לשרידים אחרים. ציות רגולטורי לפליטת פליטות קורנות הופך הרבה יותר קל להשיג עם מטוסים קרקעיים רצופים.בנוסף, המטוס הקרקע מקטין קרינה משותפת על ידי ייצוב ההתייחסות הקרקעית על פני הלוח.

שיפור אותות

שלמות אותות קשורה ישירות לאיכות של נתיב החזרה. מטוס קרקע מוצק מבטיח תנופה אופיינית עקבית לקווי שידור (מיקרוסטריפ, פסליין), צמצום ההשתקפות והאובדן האותות. זה גם מקטין את המעבר על ידי שדות מחוסנים ומספק מגן בין עקבות אות סמוכים.ללא מטוס קרקע, שליטה מונעת הופכת לא נכונה, אות מעל לפת, ועיכוב העיוות, ועיכוב העיוות של המגפה העיצובית.

הפצה: Power Distribution

מטוסים קרקעיים תורמים לרשת של חלוקת חשמל יציבה (PDN) הם מחלקים פוטנציאל קרקעי אחיד על פני הלוח, צמצום טיפות מתח DC ומספקים התייחסות נקייה למטוסי כוח הפיכה יחד עם מטוסים כוח, מטוסים קרקעיים מהווים קיבול נמוך, המסייע לפענוח רעש גבוה מרכבת הכוח.

ניהול ארס

קופר הוא מנצח תרמי מעולה.מטוסים קרקעיים להפיץ חום ממרכיבים חמים כגון מעבדים, מגברי חשמל, ורגולטורים מתח. על ידי הצמדת דרך תרמית מעמודי רכיב אל המטוס הקרקע, מעצבים יכולים ביעילות לנהל חום לאזורים נחושת גדולים יותר, צמצום טמפרטורות צומת ושיפור האמינות האמינות.

דרישות עבור מטוסים יעילים

יישום מטוס קרקע אינו רק עניין של לשפוך נחושת. גורמים קריטיים אחדים קובעים את יעילותו.

המשך מעל הכל

הכלל החשוב ביותר הוא לשמור על המטוס הקרקע רציף ככל האפשר.כל הפסקה - פער, פיצול - מייצג מכשול גבוה לזרם החזרה. כאשר אות חוצה פיצול במטוס הקרקע, זרם החזרה חייב להיות שונה, יצירת לולאה גדולה שעולה ניכוי וקרינה.אם פיצול הוא בלתי נמנע (לדוגמה, לבודד אנלוגיה ודיגיטלית), את השכבה חייבת להיות שונה כל כך, בדרך של קו רוחב או קו של קו ארוך, לעתים קרובות, עם קו של גשר רצוף, אשר לעתים קרובות, עם קו ארוך, עם קו של קו ארוך, עם קו רוחב.

שכבת ריצוף ומטוס

ב- PCBlayer רב-שכבות, מטוסים קרקעיים צריכים להיות ממוקמים בסמוך לשכבות האותות.עבור לוח ארבע שכבות, הערימה האופיינית היא: אות 1, קרקע, כוח, אות 2.המטוס הקרקע מספק את נתיב החזרה עבור שתי שכבות אות, ואת מטוס הכוח הוא יחד כדי לקרקע דרך הדיאלקטרי הדק כדי ליצור הפיכה גבוהה של הפיכה מרתיעה בין אות לבין משטח (חשמל) ניתן להשתמש בשכבות מרובות, כדי להפחית את המשטח עם מספר גבוה יותר, כדי ליצור רצפה.

Via Stitching for Low-Impedance Transitions

כאשר אותות מעבר בין שכבות, ההתייחסות הקרקעית חייבת גם לעבור. A באמצעות זה רק מחבר את עקבות האות ללא קרקע סמוך דרך יוצר לולאה גדולה.תמיד להציב קרקע דרך שדרת לידות (עם 1-2 מ"מ) כדי לספק נתיב חינוך נמוך עבור זרם החזרה.זה קריטי במיוחד עבור זוגות שונים וכאשר הוא אותות במהירות גבוהה ליד לוחות.

החדירה של דרך היא בדרך כלל בערך 1 nH ל מ"מ של אורך. עבור אותות מהירים, קרקע מקבילה מרובים דרך דרך ניתן להשתמש כדי להפחית את החסימה. לסחוט את המטוסים הקרקע יחד עם מערך של דרך סביב לוח המערכת גם יוצר אפקט הכלוב פאראדיי, צמצום EMI על ידי המכיל שדות בתוך הלוח.

מיקום משותף ו- Loop Minimization

להציב רכיבים מהירים, במיוחד מקורות שעונים, buffers, וממשקי זיכרון, קרוב ככל האפשר למטוס הקרקע. המרחק בין המפלט של הרכיב לבין המטוס (באמצעות) יש למזער. עבור רכיבים על פני השטח, להשתמש במספרים ישירות מתחת למשטח הקרקע כדי לרדת לתוך ניכוי.זה הוא סטנדרטי עבור חבילות QFN ו BGAs עם כדורים קרקעיים.

יישום מטוסים קרקעיים: אסטרטגיות מעשיות

תרגם תיאוריה לתוך תרגול דורש גישה שיטתית לפרסה PCB.

תכנון רב-לייר עם מטוסים ייעודיים

בעוד שתי לוחות שכבות יכול לפעמים ליהנות מקרקע לשפוך על השכבה התחתונה, הם תת-אופטימיים עבור עיצוב מהיר מאוד.הדרך חזרה על לוח שתי שכבות לעתים קרובות צריך ללכת סביב מכשולים (באמצעות כריות, דרך חור), אזור הלולאה גדל. שכבת מטוס ייעודי - באופן עצמאי השכבה השנייה - מספק גיליון נחושת מתמשך.

שימוש ב- Solid Copper Zones בכל פעם שאפשר

מטוסים קרקעיים צריכים להיות מוצק, נחושת לא שבורה. להימנע מ"חצו-האץ" ממלא או רשתות קרקע למעט מעגלים גמישים.כל שיחות תרמיים בחיבורי מטוס קרקעיים יש למזער (באמצעות חיבורים תרמיים ישירים עם מספר רב של דרך עבור לוחות קרקעיים בתדירות גבוהה או גבוהה). בכלים EDA רבים, אתה יכול להקצות בסיס לשכבה מטוס ולתת לתוכנה למלא באופן יציב עם הקלה תרמילאית עבור כריות תרמיות תרמיות תרמיות תרמיות.

אסטרטגיה מתקדמת לאורך העיצוב

כל אזכורי הקרקע חייבים להיות קשורים יחד בנקודה אחת, או יותר, באמצעות חיבור נמוך-הסרה. עבור עיצובים בעלי חתימה מעורבת (analog+דיגיטלי), להימנע מפיצול המטוס הקרקע אלא אם כן הכרחי לחלוטין.הפרקטיקה הטובה ביותר המודרנית היא להשתמש במטוס קרקע יחיד, רציף ורכיבי מחיצה פיזית: להציב מעגלים אנלוגיים באזור אחד, דיגיטלי באזור אחר, ולהשתמש בגשר (או פשוט להסתמך על המטוס הנמוך) כדי ליצור מפולסים משותפים יותר.

המונחים: Return Path Integrity

לפני ייצור, סימולציות אלקטרומגנטיות (EM) או שימוש ב-Creams כדי לזהות את נתיבי החזרה. כלים כגון Ansys SIwave, CST Studio, או אפילו סימולטורים 3D EM ב Allegro ו- Altium יכולים להדגיש אזורי בעיה.חפש מעברים על רִיק, עקבות רגישים ארוכים ללא התייחסות קרקעית צמודה, וגבוהים באמצעות אספקת שדה פשוט 2D יכול לתת לך פרופיל מלא.

טכניקות מטוס מתקדמות

כדי לדחוף את הביצועים קדימה, מעצבים משתמשים ביישוםים מיוחדים.

לתפוס את Capacitors for Split מטוסים

אם מטוס קרקע מפוצל הוא בלתי נמנע (למשל, לבודד הרגולטור ממעבר רועש מקטע אנלוגי רגיש), אתה יכול לגשר על התפצל עם קיבול גבוה (בדרך כלל 10-100 nF, נמוך-ESL) ממוקם ליד נקודת המעבר של אותות רגישים.זה מספק נתיב החזרה AC מופחת תוך שמירה על בידוד DC.

איי חשמל כפניות קרקע

במקרים מסוימים, אותות עשויים להיות צריכים להתייחס למטוס כוח במקום קרקע.זה נפוץ ממשקי זיכרון DDR שבו VTT ו- VREF משמשים. אותם עקרונות חלים: מטוס הכוח חייב להיות רציף ומסמוך לשכבת האות. השתמש ב capacitors מרתיעים מתאימים כדי ליצור נתיב נמוך-מרושע בין המטוס לבין המטוס הקרקע בתדר הריבית.

מיקרוסטריפ ופסליין

מטוסים קרקעיים הם חלק בלתי נפרד משני מבני קו השידור הנפוצים ביותר.InFLT:0 (microstripipipipipipipFLT:1), עקבות האות הוא על שכבה חיצונית עם מטוס קרקע ישירות מתחת (באמצעות dielectric) ב-FLT:2striplineFLT 3:2striplineFLT 3:, האות הוא כריך בין שני מטוסים קרקעיים.

טעויות מטוס נפוצות וכיצד להימנע מהם

אפילו מעצבים מנוסים יכולים ליפול למלכודת הזו.

• (FLT:0) מטוסים קרקעיים מחיבורי חור ארוכים: FLT:1 שורה ארוכה של פיות דרך חור יכול ליצור חריצים במטוס הקרקע. עבור אותות מהירים, להימנע מפגיעה בעקבות רגישים ליד חריצים אלה.
• (FLT:0) גלגול אותות על פני התייחסות מפוצלת: FIRLT:1 לעולם אל תוואי עקבות במהירות גבוהה על פני פיצול באדמה או מטוס כוח.הזרם החזרה יהיה מאולץ סביב הפער, הגדלת ניכוי לולאה וקרינה.אם לחצות פיצול, שינוי לשכבה סגורה שבה ההתייחסות היא רציפה.
• (FLT:0) ,המטוס הקרקעי מאויש בתדרים גבוהים:FLT 1:1 בתדרים מעל 1 GHz, המטוס הקרקע עצמו יש אינדוקציה והתנגדות.יעילות המטוס תלויה עוביו ואת המרחק לשכבה האות. השתמש דיאלקטרי דק (למשל, 100 מיקרומטר) כדי להפחית את שטח לולאה.
• (FLT:0) Insufficient באמצעות צפיפות תחת BGAsib:FLT ( 1:1 חבילה אחת באמצעות כדורי קרקע קשורה עם עקבות דקים או יחיד באמצעות.מודרני BGAs דורש מספר רב של קרקע כדי לשמור על ניכוי נמוך.מלא את כל כדורי הקרקע זמין עם מחובר ישירות אל המטוס הפנימי.

משאבים חיצוניים ללמידה עמוקה יותר

כדי לקדם תכנון מטוס קרקעי, התייחס למקורות הסמכותיים הללו:

• אנליסטים:0.10.10.10.How toהימנע מבעיות החזרה הקרקעיות ב-High-Speed PCB Designof
• טקסס מכשירים:0 (בשורה התחתונה) הנחיות מהירות לסיגנל אותות (PDF)
• IEEE Xplore:0 (התמ"ג) ,CDC:0) ,Ground Flight Optimization for Reduction of EMI in high-Speed PCBsFLT 1
• אלטום משאבים:0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.

מסקנה

מטוסים קרקעיים אינם אופציונליים בתכנון דיגיטלי מהיר - הם חיוניים.הם מספקים נתיבי החזרה להפחתה הנמוכה כי אותות מהירים דורשים, להפחית את EMI כדי לעמוד במגבלות רגולטוריות, ולשפר את שלמות האות עבור פעולה אמינה. על ידי שמירה על המשכיות, הצבת מטוסים ליד השכבות, באמצעות תפרים באמצעות, וסימולת חלקים קריטיים, מעצבים יכולים להשיג ביצועים גבוהים, בין אם אתה מפעיל רצף של מכשיר CDR, ממשק קבוע, כלומר, ממשק אחד של מחשב מוצק, או ממשק אבטחה, כלומר, כלומר, ממשק אבטחה מחשב נייד, כלומר, ממשק אבטחה, או ממשק קבוע, ממשק אחד של כלי PCDup אבטחה, יהיה בטוח, תכנון יעיל של מערכת אבטחה, או יישום זהה, כלומר, תכנון יעיל של כלי PC.