Leiterplatten-Routing: EMI- und Signalintegrität, Rückgabe aktueller Fragen

Wenn ich eine EMI / SI-Lektion gelernt habe, geht es darum, die Rückkopplungsschleifen so gering wie möglich zu halten. Mit dieser einfachen Anweisung können Sie viele EMI / SI-Richtlinien bearbeiten.

Wenn ich Hyperlynx oder ein komplettes RF-Simulationstool noch nie gesehen habe, kann ich mir kaum vorstellen, worauf ich mich konkret konzentrieren muss. Mein Wissen ist auch vollständig buch- / internetbasiert ... nicht formal oder basiert auf zu vielen Diskussionen mit Experten, so dass ich wahrscheinlich seltsame Vorstellungen oder Lücken habe.

Wie ich es mir vorstelle, habe ich zwei Hauptkomponenten für ein Rücksignal. Das erste ist ein niederfrequentes (DC-ish) Rücksignal, das im Allgemeinen so folgt, wie Sie es erwarten würden ... auf dem Weg mit dem niedrigsten Widerstand durch das Stromnetz / die Stromebene.

Die zweite Komponente ist ein hochfrequentes Rücksignal, das versucht, der Signalspur auf der Grundebene zu folgen. Wenn Sie auf einer 4-Lagen-Platine (Signal, Masse, Leistung, Signal) von der obersten Lage zur untersten Lage wechseln, wird das HF-Rücksignal meines Wissens versuchen, über einen Umweg von der Masseebene zur Leistungsebene zu springen durch den nächstgelegenen verfügbaren Pfad (hoffentlich die nächstgelegene Entkopplungskappe ... die zu HF ebenso kurz sein könnte).

Ich nehme an, wenn Sie diese beiden Komponenten in Bezug auf die Induktivität umwandeln, dann ist es eigentlich alles das Gleiche (der Widerstand in der Nähe des Gleichstroms ist alles, was zählt, bei HF bedeutet eine niedrigere Induktivität, der Spur zu folgen). Aber es fällt mir leichter, sie mir vorzustellen separat als zwei verschiedene Modi zu behandeln.

Wenn ich soweit okay bin, wie funktioniert das dann auf internen Signalebenen mit zwei benachbarten Ebenen?

Ich habe eine 6-Lagen-Platine (Signal, Masse, Leistung, Signal, Masse, Signal). Jede Signalschicht hat eine angrenzende Masseebene, die völlig ungebrochen ist (außer natürlich Durchkontaktierungen / Löcher). Die mittlere Signalschicht hat auch eine benachbarte Leistungsebene. Das Motorflugzeug ist in mehrere Regionen aufgeteilt. Ich habe versucht, das auf ein Minimum zu beschränken, aber mein 5-V-Split hat zum Beispiel die Form eines großen dicken "C" um die Außenseite der Platine. Der größte Teil des Rests ist 3,3 V, wobei ein 1,8 V-Bereich unter dem größten Teil eines großen BGA liegt, und ein sehr kleiner 1,2 V-Bereich in der Nähe des Zentrums.

(1) Wird mein Split-Power-Flugzeug Probleme verursachen, selbst wenn ich mich darauf konzentriere, sicherzustellen, dass die Signale gute Rückwege durch die Bodenebenen haben? (2) Wird der Niederfrequenz-Rückweg, der auf meiner 5-V-Teilung in C-Form einen großen Umweg macht, Probleme verursachen? (Ich würde im Allgemeinen nicht denken ...?)

Ich kann mir vorstellen, dass zwei ununterbrochene Ebenen mit nahezu gleicher Induktivität möglicherweise dazu führen würden, dass in beiden ein Rückstrom fließt. Ich gehe jedoch davon aus, dass sich das Rücksignal bei einem signifikanten Umweg auf der Leistungsebene stark in Richtung Masseebene vorspannt.

(3) Auch die mittlere und die untere Schicht teilen sich die gleiche Grundebene. Wie groß ist das Problem? Ich würde intuitiv vermuten, dass Spuren, die sich direkt über einander befinden und die gleiche Grundrendite teilen, sich gegenseitig mehr stören würden als die einfache Kopplung benachbarter Spuren auf derselben Ebene. Muss ich dort besonders hart arbeiten, um sicherzustellen, dass das nicht passiert?

Ich würde vermuten, dass es einen "Ja allgemein, aber Sie können nicht wissen, ohne es zu simulieren" -Kommentar gibt, der kommt ... Nehmen wir einfach an, ich spreche allgemein.

EDIT: Oh, ich habe gerade an etwas gedacht. Würde das Überqueren eines aufgeteilten Leistungsebenen die Leiterbahnimpedanz für die Streifenleitung verschlechtern? Ich kann irgendwie sehen, wie die ideale Leiterbahnimpedanz niedriger ist, teilweise basierend auf zwei Ebenen ... und wenn eine zerbrochen ist, könnte das ein Problem sein ...?

EDIT EDIT: Okay, ich habe meine Frage zum Teilen einer Ebene zwischen Signalebenen teilweise beantwortet. Die Tiefe des Hauteffekts begrenzt wahrscheinlich die Signale größtenteils auf die eigene Seite des Flugzeugs. (1/2 Unze Kupfer = 0,7 Mil, Hauttiefe bei 50MHz ist 0,4 Mil, 0,2 Mil bei 200MHz. Alles über 65MHz sollte auf der Seite des Flugzeugs bleiben. Ich mache mir hauptsächlich Sorgen um 200MHz DDR2-Signale, aber <65MHz Komponenten davon könnten immer noch ein Problem sein)

Ich denke, Sie sind auf dem richtigen Weg, ein paar Notizen,

1) Bei einer Signalverfolgung zwischen zwei Ebenen wird der Rückstrom zwischen den beiden Ebenen aufgeteilt, auch wenn eine der Ebenen aufgeteilt ist. Der Rückstrom kann nicht "die Zukunft sehen" und im Voraus entscheiden, auf welches Flugzeug er zurückfliegt. Es kehrt über und unter der Spur zurück, bis es die Teilung sieht, an der "Oh Mist!" und zahlt Sie zurück, indem Sie möglicherweise die FCC-Tests nicht bestehen. Sie möchten also vermeiden, dass Spuren über Ebenensplits gezogen werden, auch wenn eine andere benachbarte Ebene nicht geteilt wird. Sie können sich mit Spaltungen von Kondensatoren und dergleichen befassen, aber diese Art von Lösung ist nicht ideal. Ich würde mich darauf konzentrieren, immer zu vermeiden, eine Spur über eine Ebene zu ziehen, die in eine benachbarte Ebene aufgeteilt ist.

2) Breite Rückwege bei Gleichstromsignalen spielen keine Rolle.

3) Sie haben nach zwei Signalebenen gefragt, die sich dieselbe Ebene teilen. Normalerweise ist dies keine große Sache, wenn es richtig gemacht wird. Was viele Leute tun, ist, eine der Schichten als "horizontale" Signalschicht und die andere als "vertikale" Signalschicht zu verwenden, so dass die Rückströme orthogonal zueinander sind. Es ist sehr üblich, zwei Signalebenen für jede Ebene zu routen und diese horizontale / vertikale Technik zu verwenden. Das Wichtigste, woran Sie denken sollten, ist, die Referenzebenen nicht zu ändern. Ihr Setup kann etwas kompliziert sein, da durch das Wechseln von der untersten zur vierten Ebene eine weitere Rückgabeebene hinzugefügt wird. Weitere typische 6-Lagen-Platten sind

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

Wenn Sie kleinere zusätzliche Ebenen benötigen, z. B. unter dem Mikro, werden diese normalerweise als Insel auf einer der Signalebenen platziert. Wenn Sie mehr Leistungsebenen benötigen, sollten Sie über mehr als 10 Ebenen nachdenken.

4) Der Abstand zwischen den Ebenen ist wichtig und kann sich erheblich auf die Leistung auswirken. Geben Sie dies dem Board House an. Wenn Sie den oben erwähnten Schichtstapel aus Beispiel 6 verwenden, kann ein Abstand von 0,005,005,040,005,005 (anstelle eines Standardstapels mit gleichem Abstand zwischen den Schichten) eine Verbesserung um eine Größenordnung bewirken. Dadurch bleiben die Signalebenen in der Nähe ihrer Referenzebene (kleinere Schleifen).

Ja, Sie beantworten so ziemlich Ihre eigenen Fragen. Für das, was es wert ist, ist alles, was Sie angeben, genau so, wie ich es gelernt habe (Offenlegung: Ich bin auch auf EMI / SI geschultes Buch / Internet).

Ich bin mir ziemlich sicher, dass das Überqueren von geteilten Flugzeugen die Impedanz der Streifenleitung ruinieren würde. Solange jedoch eine benachbarte Ebene einen ununterbrochenen Rückstrompfad bietet, sollte die EMI für die Nicht-Streifenleitung in Ordnung sein. Obwohl ich den Stapel überprüfen würde, um sicherzustellen, dass die ununterbrochene Ebene physisch näher an der Signalschicht liegt.

Ich würde mir keine Sorgen um niederfrequente Rückströme bei Ihrer 5V-Aufteilung machen.