Caminho de retorno em uma PCB

10

Passei o fim de semana absorvendo palestras em vídeo de Eric Bogatin e lendo seu livro "Signal and Power Integrity - Simplified"

Ele afirma que o caminho de retorno para o PCB pode ser qualquer plano DC que possa ser um trilho VCC abaixo do caminho do sinal.

Considere o seguinte circuito simples

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Se U1 e U2 forem colocados na camada superior e TX e RX forem roteados apenas para a camada superior, o caminho de retorno do sinal (TX para RX) será Vcc. Eu estou bem com isso.

Minha pergunta é: quando a corrente de retorno chega logo abaixo do pino TX, para onde vai a corrente? Nesse ponto, ele encontra o caminho para Gnd ou volta ao TX e através do dado, de volta ao solo?

** Adicionado texto do livro **

insira a descrição da imagem aqui

efox29
fonte

Respostas:

11

Quando TX muda de baixo para alto, a corrente flui assim:

Fonte de alimentação Vcc -> placa VCC da placa de circuito impresso -> pino U1.Vcc -> pino U1.TX -> pino U2.RX -> pino U2.Gnd -> "caminho de retorno" -> plano da placa PCI -> fonte de alimentação Gnd

É ótimo que você entenda que o que chamamos de "caminho de retorno" será o plano mais próximo (neste caso, o plano Vcc). Isso faz sentido, uma vez que os campos não podem ser lidos, então eles se formarão entre as partes metálicas da sua PCB, independentemente do nome.

No caso DC estático, o "caminho de retorno" será o plano Gnd, pois terá a menor impedância. Em frequências mais altas, os campos se formarão no plano Vcc e a densidade de corrente será alta no plano Vcc logo abaixo do traço.

Então, como a corrente sai do plano Vcc e volta ao plano Gnd para as frequências mais altas?

Bem, lembre-se de que a impedância entre esses dois planos é bastante baixa nessas frequências mais altas. Na verdade, queremos reduzir a impedância entre Vcc e Gnd em toda a faixa de frequência relevante (use algo como PDNTOOL.COM para projetar isso), para que não seja uma grande surpresa (espero).

O design da PDN também está bem coberto no livro de Eric Bogatins.

Deixe-me saber se isso ajudou você?

Rolf Ostergaard
fonte
Se você estiver na UE, existem cursos de SI em Estocolmo (Lee Ritchey) e Copenhague (Eric Bogatin) em maio e junho. Se você está nos EUA, Eric também faz um curso neste verão. ADMIN: Por favor, apague este comentário em 09 de junho de 2015 :-)
Rolf Ostergaard
Não nos dois países. Estava pensando no PCBWEST, mas ainda tenho muitos vídeos de Eric Bogatin para passar. Há pelo menos 100h de conteúdo, então eu também posso pular o PCBWEST. Mas acho que entendo mais agora. Ótimo link, esses enredos também parecem muito familiares no livro!
precisa saber é
De qualquer forma - espero que isso tenha ajudado. Ou? Avise-se me?
Rolf Ostergaard
Sim. Muito apreciado !
Ef219
+1 para link para PDNTOOL --- Esse é um ótimo aplicativo da web.
The Photon
7

Espero que você tenha fornecido alguma fonte de alimentação ignorando os capacitores entre o VCC e o GND perto dos dois chips. Esses capacitores de desvio permitirão que correntes de alta frequência fluam entre VCC e GND.

Observe que isso significa que os capacitores de desvio se tornam parte do caminho de retorno, e você precisa avaliar a seleção e o posicionamento das peças com isso em mente.

Além disso, os circuitos de driver e receptor nos chips determinam de qual trilho a corrente flui. Mesmo se você estiver usando GND como seu plano de referência, quando um motorista puxa alto, ele puxa corrente do trilho VCC e, assim, o trilho VCC e os capacitores de desvio se tornam parte do caminho de retorno.

O fóton
fonte
3

Isso é algo sobre o qual me perguntei quando comecei até o Dr. Johnson me explicar. À medida que você lê, a corrente de retorno para um sinal de alta velocidade retornará seguindo o caminho de menor impedância. Em uma microstrip, por exemplo, este será o plano de referência mais próximo, independentemente da tensão DC que ele carrega. Como você diz, um traço referenciado no seu avião VCC fará com que ele retorne o curso atual ao longo do avião VCC.

Agora, toda a corrente flui em um loop. Quando voltar ao chip, no seu exemplo, ela procurará o caminho de impedância mais baixo entre o VCC e o GND, que serão as suas capas de desacoplamento de E / S que você colocou estrategicamente perto do chip.

Um cara de hardware
fonte
Se a tampa de desacoplamento estiver no lado oposto do pino, seria útil ter uma via ao lado do pino, pois ele não precisa mais viajar para a tampa?
precisa saber é
Não tenho certeza se eu te sigo, você quer dizer uma via no traço bem no alfinete? Nesse caso, a corrente de retorno ainda precisa encontrar o caminho do VCC para o GND, e o provável menor caminho de impedância ainda é o capacitor de desacoplamento (ou talvez a impedância entre os planos, mas é mais provável em frequências mais altas).
Alguns Hardware Guy
1

O caminho de retorno não seria via Vcc.

Pense nisso em termos de loops de corrente, estágio do drive TX e estágio de entrada RX

Tomemos, por exemplo, esta E / S digital (exemplo estágios de E / S retirados da folha de dados ISO7221)

insira a descrição da imagem aqui

Considere dois estados

1. TX é alto:

insira a descrição da imagem aqui

Nesse caso, existe uma carga inicial inicial para facilitar a ativação do GATE do buffer RX. Após o que há apenas corrente de fuga fluindo (NOTA: isso ignora a resistência da terminação)

2. TX está baixo:

insira a descrição da imagem aqui

Nesse caso, o estágio TX mantém o pino LOW, facilitando a corrente que flui do resistor de pull-up.

Nos dois casos, a corrente flui do + ve da massa para o -ve da bateria.

Agora considere do ponto de vista do PCB. Com um plano VCC e GND contíguo sob os dois ICs, a corrente que fluirá seguirá os traços - um grande loop pequeno.

Digamos que houve uma interrupção no plano GND entre os dois chips, a rota que a corrente de retorno seguiria não seguiria a do traço TX == ruim.

JonRB
fonte
Era assim que eu costumava ver as coisas também. Mas muitos dos livros de integridade de sinal que li ou li (como placas de circuito digital Mach 1 Ghz - Ralph Morrison) ou oficinas discordam um pouco disso. Eles vêem os sinais como ondas e campos. Estou enviando uma foto de algum texto. Talvez você possa elaborar sobre o seu significado?
precisa saber é o seguinte
Isso não nega o que um gnd é, porém, apenas tenta ajudar a quebrar a associação que a tensão são referenciados ao solo - tensão e roteamento de sinais é diferencial
JonRB
3
Isso mostra como os componentes de baixa frequência do sinal fluem. Mas quando falamos sobre integridade do sinal, também estamos (ou mais) preocupados com componentes de alta frequência. Para os componentes de alta frequência, o caminho de retorno será (principalmente) através do plano mais próximo da faixa de sinal. E os capacitores de derivação conectam os dois trilhos de energia próximos a cada chip.
The Photon