Рис. 7. Уменьшение фазового сдвига сигналов путем изгибания проводников
Рис. 8. Слои питания и земли должны быть вне зоны краевых контактов HDMI-разъема
сопротивления с помощью временного рефлектометра 2. Правила разводки платы
Сети и интерфейсы
16
Целью проектирования высокоскоростной печатной платы должна быть минимизация неоднородностей, где это возможно и, таким образом, устранение отражений сигнала. Приведенный ниже набор правил разводки поможет избежать появления неоднородностей и тем самым снизит электромагнитные помехи и сохранит целостность сигнала. – Уменьшить фазовый сдвиг сигналов в дифференциальных линиях можно путем внесения необходимого числа изгибов в проводники, используя скошенные линии проводников (см. рис. 7). – Используйте скошенные (под углом 45°) линии вместо прямых углов при изгибе проводников. Прямые углы увеличивают эффективную ширину линий, что вносит изменения в дифференциальное сопротивление линий и создает неоднородности. – При разводке дифференциальных линий оба проводника следует располагать параллельно. – При разводке проводника около переходного отверстия или между массивом переходных отверстий следует убедиться, что зазор между ними не прерывает линию обратного тока на нижнем земляном слое. – Следует избегать металлических слоев и проводников под или между контактными площадками HDMI-разъема для лучшего согласования сопротивления (см. рис. 8). В противном случае это может вызвать снижение дифференциального сопротивления до 75 Ом. – Используйте по возможности наименьший размер для переходных отверстий сигнальных линий и контактных площадок HDMI-разъема для уменьшения их влияния на дифференциальное сопротивление линий. 2
– Используйте сплошные слои питания и земли для контроля 100-Ом сопротивления и минимизации помех по питанию. – Для точного контроля 100-Ом дифференциального сопротивления следует использовать наименьшее расстояние между проводниками, которое обычно определяется производителем печатной платы. – Следует по возможности использовать минимальную электрическую длину проводников между HDMIразъемом и устройством для уменьшения ослабления сигнала. – Используйте качественный HDMIразъем, сопротивление которого соответствует спецификации. – Размещайте основной конденсатор (емкостью 10 мкФ) ближе к источнику питания (стабилизаторы напряжения) или к месту подведения питания на печатную плату. Слои питания и земли
Слои питания и земли печатных плат высокочастотных устройств должны удовлетворять различным требованиям. В режиме постоянного тока и на низкой частоте они должны обеспечивать подачу постоянного потенциала (напряжения питания и земли) на выводы микросхем и нагрузочных резисторов. На высокой частоте слои питания и, особенно, земли служат различным целям. Для систем передачи сигнала с контролируемым сопротивлением земляная шина должна обеспечивать емкостную связь с дифференциальными линиями соседнего сигнального слоя. Сильная емкостная связь устраняет магнитные поля и, таким образом, минимизирует электромагнитные помехи путем уменьшения излучения поперечных электромагнитных волн. Для установления достаточной емкостной связи земляной слой следует размещать рядом со слоем высокочастотных сигналов. Для обеспечения низкоомного канала утечки обратного тока, который может наводиться на шину земли от сигнальных линий, слои питания и земли должны быть сплошными, без каких-либо пустот. Переходные отверстия
Слои печатной платы, которые должны подключиться к переходным отверстиям, непосредственно соединяются с контактными площадками, окружающими отверстие в плате. Слои, которые не должны соединяться с переходными отверстиями, отделяются от них кольцевым зазором. Каждое переходное отверстие имеет емкость на землю,
которая оценивается с помощью следующего уравнения: , где D2 — диаметр кольцевого зазора с переходным отверстием в слое земли (дюйм); D1 — диаметр контактной площадки, окружающей переходное отверстие (дюйм); T — толщина печатной платы (дюйм); ε — диэлектрическая постоянная печатной платы; C — паразитная емкость переходного отверстия (пФ). При соединении развязывающего конденсатора со слоем земли или при соединении слоев земли индуктивность переходного отверстия начинает оказывать заметное влияние на распространение сигналов и становится более важной, чем его емкость. Величина этой индуктивности приблизительно равна: , где L — индуктивность переходного отверстия (нГн); h — длина переходного отверстия (дюйм); d — диаметр переходного отверстия (дюйм). Т.к. это уравнение содержит логарифм, изменение диаметра переходного отверстия слабо влияет на индуктивность. Достаточно сильно на индуктивность влияет длина переходного отверстия, а также использование нескольких переходных отверстий параллельно. Следовательно, соединять развязывающий конденсатор с землей нужно двумя переходными отверстиями на каждый вывод устройства. Для соединения между земляными слоями с малой индуктивностью используют множество переходных отверстий с регулярным интервалом по всей плате. Литература 1. Sophie Hou. ESD protection for HDMI 1.3//www.embedded.com/201201480?cid=NL_ embedded. 2. Thomas Kugelstadt. The HDMI Design Guide to high-speed PCB design in HDTV receiver applications//www.embedded.com/ 202803500?pgno=1. 3. Brett Li, Lie Dou. Analysis of common failures of HDMI CT//www.embedded. com/207001362?pgno=1. 4. Raj Nair. Gaining insight into the secrets of HDMI//www.embedded.com/ 196901535?cid=NL_embedded. 5. Randy White. Is it time to reconsider D i s p l a y P o r t ? // w w w . e m b e d d e d . c o m / 212903143?pgno=1. 6. Deirdre Mathelin. HDMI V1.4: New Opportunities for Active Cables with Embedded RM1689.
Временной рефлектометр (time-domain reflectometer — TDR) — это прибор, используемый для снятия характеристик и определения местоположения дефектов в металлических проводниках.
www.elcp.ru