Rückweg auf einer Leiterplatte

Ich habe das Wochenende damit verbracht, Videovorträge von Eric Bogatin aufzunehmen und sein Buch "Signal and Power Integrity - Simplified" zu lesen.

Er gibt an, dass der Rückweg für die Leiterplatte eine beliebige Gleichstromebene sein kann, die eine VCC-Schiene unter dem Signalweg sein könnte.

Betrachten Sie die folgende einfache Schaltung

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Wenn U1 und U2 auf der obersten Schicht platziert sind und TX und RX nur auf der obersten Schicht geroutet werden, wäre der Rückweg für das Signal (TX zu RX) Vcc. Das ist ok für mich.

Meine Frage ist, wenn der Rückstrom knapp unter den TX-Pin gelangt, wohin fließt der Strom? An diesem Punkt findet es seinen Weg nach Gnd oder geht es zurück in den TX und durch den Würfel zurück zum Boden?

** Text aus Buch hinzugefügt **

Wenn TX von niedrig nach hoch schaltet, fließt der Strom wie folgt:

Stromversorgung Vcc -> PCB Vcc Ebene -> U1.Vcc Pin -> U1.TX Pin -> U2.RX Pin -> U2.Gnd Pin -> "Rückweg" -> PCB Gnd Ebene -> Stromversorgung Gnd

Es ist großartig, dass Sie verstehen, dass das, was wir den "Rückweg" nennen, die nächste Ebene ist (in diesem Fall die Vcc-Ebene). Dies ist sinnvoll, da die Felder nicht lesen können und sich zwischen den Metallteilen in Ihrer Leiterplatte bilden, unabhängig davon, wie Sie sie nennen.

Im statischen DC-Fall ist der "Rückweg" tatsächlich die Gnd-Ebene, da diese die niedrigste Impedanz hat. Bei höheren Frequenzen bilden sich die Felder zur Vcc-Ebene und die Stromdichte ist in der Vcc-Ebene direkt unter der Spur hoch.

Wie kommt der Strom für die höheren Frequenzen von der Vcc-Ebene zurück zur Gnd-Ebene?

Denken Sie daran, dass die Impedanz zwischen diesen beiden Ebenen bei diesen höheren Frequenzen ziemlich niedrig ist. Eigentlich wollen wir die Impedanz zwischen Vcc und Gnd auch über den gesamten relevanten Frequenzbereich niedrig halten (verwenden Sie etwas wie PDNTOOL.COM , um das zu entwerfen), so dass dies (hoffentlich) keine große Überraschung ist.

Das PDN-Design wird auch in Eric Bogatins Buch ausführlich behandelt.

Lassen Sie mich wissen, ob dies Ihnen geholfen hat?

Hoffentlich haben Sie eine Stromversorgung bereitgestellt, die Kondensatoren zwischen VCC und GND in der Nähe beider Chips umgeht. Mit diesen Bypass-Kondensatoren können hochfrequente Ströme zwischen VCC und GND fließen.

Beachten Sie, dass dies bedeutet, dass die Bypass-Kondensatoren Teil des Rückweges werden und Sie die Teileauswahl und -platzierung vor diesem Hintergrund bewerten müssen.

Außerdem bestimmen die Treiber- und Empfängerschaltungen innerhalb der Chips, von welcher Schiene der Strom fließt. Selbst wenn Sie GND als Referenzebene verwenden, zieht ein Fahrer beim Hochziehen Strom von der VCC-Schiene, sodass die VCC-Schiene und die Bypass-Kondensatoren Teil des Rückweges werden.

Darüber habe ich mich auch gewundert, als ich anfing, bis Dr. Johnson es mir erklärte. Beim Lesen kehrt der Rückstrom für ein Hochgeschwindigkeitssignal auf dem Weg der niedrigsten Impedanz zurück. In einem Mikrostreifen ist dies beispielsweise die ihm am nächsten liegende Referenzebene, unabhängig von der Gleichspannung, die er führt. Wie Sie sagen, hat eine Spur, die auf Ihr VCC-Flugzeug verweist, ihren Rückstrom entlang der VCC-Ebene.

Jetzt fließt der gesamte Strom in einer Schleife. Wenn er in Ihrem Beispiel wieder unter den Chip gelangt, sucht er nach dem Pfad mit der niedrigsten Impedanz zwischen VCC und GND. Dies sind Ihre E / A-Entkopplungskappen, die Sie strategisch in der Nähe Ihres Chips platziert haben.

Der Rückweg würde nicht über Vcc führen.

Denken Sie an Stromschleifen, die TX-Antriebsstufe und die RX-Eingangsstufe

Nehmen Sie zum Beispiel diese digitale E / A (Beispiel-E / A-Stufen aus dem ISO7221-Datenblatt)

Betrachten Sie zwei Zustände

1. TX ist hoch:

In diesem Fall gibt es ein anfängliches "Blat" der Ladung, um das Einschalten des GATE des Empfangspuffers zu erleichtern. Danach fließt nur noch Leckstrom (HINWEIS: Dies übersieht den Abschlusswiderstand)

2. TX ist niedrig:

In diesem Fall hält die TX-Stufe den Pin LOW, wodurch der vom Pull-up-Widerstand fließende Strom erleichtert wird.

In beiden Fällen fließt Strom von + ve des Akkus zum -ve der Batterie.

Betrachten Sie nun aus Sicht der Leiterplatte. Mit einer zusammenhängenden VCC- und GND-Ebene unter den beiden ICs folgt der fließende Strom den Spuren - große kleine Schleife.

Nehmen wir an, es gab eine Unterbrechung in der GND-Ebene zwischen den beiden Chips. Die Route, die der Rückstrom nehmen würde, würde nicht der des TX-Trace == bad folgen.