Yüksek hızlı BTClerdeki Etkili Zemin Plana Segmentasyon Teknikleri

Yüksek hızlı baskılı devre kurulları (PCB) sinyal bütünlüğü ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) çok önemli bir disiplindir. Birçok düzen hesabı arasında, zemin düzlem segmentasyon, gürültüyü kontrol etmek için kritik bir teknik olarak öne çıkıyor, çapraztalk ve baskıya baskı yapmak için karmaşık bir yoldur (EMI). Üst frekans uygulamaları, zemin referansında küçük kusurların bile sinyal kalitesi, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan ve düşük çözünürlükte bulunan yüzeylere olanak sağlar.

Ground Plane Segmentasyonlarının Temelleri

Ground düzlem segmentasyon, sürekli bakır zemin tabakasının sürekli olarak izole veya yarı katı alanlara yönelik kasıtlı bölünmesini ifade eder, çünkü en düşük engelli bölgeleri kontrol eder ve gürültüyü büyük ölçüde farklı gürültü özellikleri veya frekans aralıkları ile önler.

Yüksek hızlı bir iz akımı doğrudan en yakın referans uçakta sinyal yolundan geçiyor.Eğer bu uçak segmente girilirse, geri dönüş akımının boşlukta nasıl ortaya çıkarılacağı, yayılmaya devam eden büyük bir döngü alanı yaratması ve dış alanlara kırılganlık sağlar.Bu nedenle, segmentasyon bakım ile yapılmalıdır: zemin uçaktaki her kesim, geri dönüş planına eşlik etmelidir.

Etkili Zemin Plana Segmentasyon için Anahtar Teknikleri

Fonksiyonel Bloklar tarafından Segmentasyon

Zemin düzlem segmentasyonunun en yaygın uygulaması, karma imzalı bir kurulun analog ve dijital bölümlerinin ayrıştırılmasıdır (ADCs, op-amps veya RF yükselteçleri gibi) dijital mantık, saatler ve güç dönüştürücüleri tarafından üretilen anahtarlamalara duyarlıdır.Bu bölümler altında, gürültü akımları dijital alana sınırlandırılır ve analog zemin referansı tamamen temiz kalır.

Zemin uçağını bölmek, segmentasyon sınırlarını işlevsel bloklar arasındaki fiziksel boşluklarla uyumlu hale getirmek. Sınırı bir bölmeye dayanan tüm sinyalleri, sürekli bir uçağa (örneğin, bir güç uçağı) veya sıfır-davılımlılık alanı ile küçük bir köprüyü ayarlamak için, dikme alanı veya ferrite ile bağlantı kurmak için.

Ground Vias ve Via Stitching

Ground vias, çoklu katmanlar ile bağlantının kapatılması ve düşük hız yollarını sağlamak için temel bir rol oynar. dikme ile etkili olan, birden fazla zemini segmente alan kenarlar boyunca, sinyal geçişleri yakınında, ve yüksek hızlı bileşenli pedlere bağlı olarak, mevcut olan geçiş katmanların minimum kesintiye uğramasını sağlar. Örneğin, referans uçağın yüksek frekanslı performansını artırmak için 1 kat daha fazla yerdeki bir noktaya kadar (60) bir noktaya kadar.

Zemin düzlem segmentasyonu bağlamında, bitişik bölgelerin arasına katan bir sanal çit oluşturmak için kullanılır.Bu teknik genellikle "kahraman" veya "guarda" olarak adlandırılan belirli frekanslarda izolasyona ihtiyaç duyar.Bir segmentli adanın kenarı boyunca bir dizi bağlantı kurmak için, kenar radyasyonunu bastıran ve en yüksek harmonik bölgelerin arasından daha az olmalıdır.

Kontrollü Segment Genişlik ve Impedance

Ground uçak segmentleri sadece bakır ada değildir; geometrileri doğrudan engellenme ve gürültü darbesini etkiler. Narrow zemin izlerini veya segmentleri indüktörler olarak hareket eder, yüksek frekanslarda engellenir ve diğer segmentlerden yeterince tasarruf sağlarken, zemin segment genişliğini mümkün olduğunca geniş tutar.

Impedance kontrolü, izlerin segmente edilmiş zemin alanları üzerinde çalıştığını da eleştireldir.Eğer bir mikrostrip izi bir bölgeden sağlam bir zemin alanına geçiş yaparsa, karakteristik kısıtlanmış değişiklikler, yansımaları azaltmak için.Bu nedenle, izin referans düzlemi altında tutarlı kalır.Eğer iki segmente bağlayan bir şerit zorba geçiş mümkün olduğunca dar bir şekilde olmalıdır.

Ground Guards ve Shielding

Toprak koruyucuları hassas sinyal hatları çevreleyen alanları dikteler veya dökme alanları, yerel kalkanlar olarak hareket ederler. Bir segmente edilmiş bir zemin uçağında, gardiyanlar bitişik gürültülü izlerinin kritik bir netini daha izole edebilir.Ortak bir çift için, bir bekçi izi genellikle, çiftin her iki ucundaki analog segmente bağlanmaktan kaçınılır; bunun yerine, sağlam bir zemine ve düzgün bir şekilde yerel geri dönüş yolunu yaratır.

Bir başka zemin muhafızı, bakırın zemini yüksek hızlı bir bölgenin çevresinin çevreleri etrafında doldurabilmesidir. Bu teknik, bazen "en yüksek frekanslı parçanın 1/20. dalga boyun eğik bir kısmından daha fazla yer alan "kanı" veya "kanıtın" olarak adlandırılmasını sağlar.

Doçing ve Unintended Coupling

Zemin düzlem segmentinde en yaygın hatalardan biri, doğru dönüş yolu planlamadan çoklu segmentleri tersine çevirme sinyallerine izin veriyor.Her seferinde referans uçaktaki bir boşluktan geçilirse, geri dönüş akımının bir alternatif yol bulmak gerekir, genellikle güç uçakları veya diğer sinyal tabakaları aracılığıyla, büyük döngüler oluşturmak. Tüm sinyalleri tamamen bu blok zemin segmentinde işlevsel bir blok içinde.Eğer bir sinyal başka bir segmente gitmek zorundadır, sağlam bir zeminle özel bir tabaka kullanın.

Unintended coupling ayrıca zemin segmentleri birbirine çok yakın olduğunda, analog ve dijital bölümler arasında bir zemin kayması (daha yüksek frekanslar için) sabit bir şekilde sabitlenir, ancak bu çift enerjiyi yüksek frekanslara paralel olarak çalıştırmadan kaçınmak için uzun süre boyunca devam etmelidir.

Gelişmiş Tahminler

Karma-Signal Design: Single-Point vs. Split Ground

Karma-signal PCB'lerde, tek bir sağlam zemin uçağı ile karar ve bölme zemin segmentleri on yıllardır tartışılmıştır. Modern yüksek hızlı ADCs ve DACs genellikle cihazı altında tek sağlam bir zemin uçağı önerir, analog ve dijital tedarik pimleri sürekli olarak kalır ve gürültünün ayrılması fiziksel bir yerleştirme, güç filtreleme ve dikkatli bir şekilde gerçekleşir.Bu yaklaşım, tamamen karmaşık bir şekilde ayarlanan bir cihazla ilgili olarak, tasarım ve dijital tedarik pimleri ortadan kaldırır.

Split Planes ve Kapacitors

Zemin düzlem segmentasyonu DC izolasyonu için gereklidir (örneğin, izole edilmiş güç malzemeleri veya tıbbi izolasyon sınırları), bölünmüş uçaklar DC akımını engelleyen geniş bir boşlukla kullanılır.Bu izolasyon bariyeri aşmalıdır, opto çiftleri, kapasitörler veya transformatörler kullanılır. DC izolasyonun gerekli olmadığı durumlarda, düşük frekanslı zeminden 100 metreye kadar uzanan yüksek frekanslı zeminlere bağlanır.

Via Stubs and Anti-Pads

Via stubs – gerekli tabakaların ötesine uzanan bir kovan parçası – yüksek frekanslarda yansımalara ve rezonanslara neden olabilir.Depresif zemin tasarımları, katmanlar arasında sık sık sık geçiş yapar ve zemin kaplamalar için kullanılan zemin, bakır tabakaları en aza indirmek için kullanılan ovuşturmalara sahiptir.Tokyoing (mechanical remove of the stub) veya körü körü veya körü körü körü körü körü azaltmak için yeterince zor olmalıdır.

Simülasyon ve Doğrulama

Zemin düzlem segmentasyonu ve yüksek hızlı sinyaller üzerindeki etkisi göz önüne alındığında, sadece başparmak kurallarına güvenmek risklidir. Modern PCB simülasyon araçları (örneğin, Ansys SI dalgası, Keysight ADS veya Altium'un SI araçları) özellikle de segmente edilmiş düzlemlerin elektromanyetik davranışını modelleyebilir, mevcut yolları gösterir, yönlendirme varyasyonları ve teleskopik sistemlerde kritik izler ve uçaklar, sinyal bütünlüğünü optimize etmek için segmentasyon düzeni ayarlamalıdır. Zaman-domain reflektifleme (TDR) ve yakın-bölgedeki radyografikleri modellere göre tanımlamaya yardımcı olur.

En İyi Uygulama Özetleri

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yeraltı düzlem segmentasyonu, gürültüyü yönetmek ve yüksek hızlı PCB'lerde sinyal bütünlüğü sağlamak için güçlü bir araçtır, ancak sistem performansını zayıflatan mevcut fiziğin ve düzeni ayrıntılı bir anlayışla uygulanmalıdır. Doğru şekilde, segmentasyon kaynakları, EMI'yi azaltın ve kontrol edilen segmentler aracılığıyla karmaşık devrelerin kapatılmasına izin verir - kötü bir şekilde yapılırken, zeminli betonarme ölçümlerini sağlar ve sistem performansını zayıflatır.

Yüksek hızlı PCB tasarımı ve zemin düzlem segmentasyonu hakkında daha fazla okuma için, 370 °T gibi kaynaklara bakınız:0)Altium'un zemin düzlemde bölme rehberi).