Percorso di ritorno su un PCB

Ho trascorso il fine settimana assorbendo lezioni video da Eric Bogatin e leggendo il suo libro "Signal and Power Integrity - Simplified"

Egli afferma che il percorso di ritorno per il PCB può essere qualsiasi piano DC che potrebbe essere una guida VCC sotto il percorso del segnale.

Considera il seguente circuito semplice

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Se U1 e U2 vengono posizionati sul livello superiore e TX e RX vengono instradati solo sul livello superiore, il percorso di ritorno per il segnale (da TX a RX) sarebbe Vcc. Sto bene con quello.

La mia domanda è: quando la corrente di ritorno arriva appena sotto il pin TX, dove va la corrente? A questo punto trova la sua strada per Gnd o torna nel TX e attraverso il dado, torna a terra?

** Aggiunto testo dal libro **

Quando TX passa da basso ad alto, la corrente scorre in questo modo:

Alimentazione Vcc -> PCB Vcc piano -> U1.Vcc pin -> U1.TX pin -> U2.RX pin -> U2.Gnd pin -> "return path" -> PCB Gnd plane -> Alimentazione Gnd

È fantastico che tu capisca che quello che chiamiamo "percorso di ritorno" sarà il piano più vicino (in questo caso il piano Vcc). Ciò ha senso in quanto i campi non sono in grado di leggere, quindi si formeranno tra le parti metalliche nel PCB indipendentemente da come li nominate.

Nel caso DC statico, il "percorso di ritorno" sarà effettivamente il piano Gnd in quanto avrà l'impedenza più bassa. A frequenze più alte, i campi si formeranno sul piano Vcc e la densità corrente sarà elevata nel piano Vcc proprio sotto la traccia.

Quindi, come viene la corrente dal piano Vcc e dal piano Gnd per le frequenze più alte?

Bene, ricorda che l'impedenza tra questi due piani è abbastanza bassa a queste frequenze più alte. In realtà vogliamo rendere bassa anche l'impedenza tra Vcc e Gnd su tutta la gamma di frequenza rilevante (usa qualcosa come PDNTOOL.COM per progettarlo), quindi non è una grande sorpresa (speriamo).

Il design di PDN è ben trattato anche nel libro di Eric Bogatins.

Fammi sapere se questo ti ha aiutato?

Spero che tu abbia fornito alcuni condensatori di bypass di alimentazione tra VCC e GND vicino a entrambi i chip. Questi condensatori di bypass consentiranno alle correnti ad alta frequenza di fluire tra VCC e GND.

Si noti che ciò significa che i condensatori di bypass diventano parte del percorso di ritorno e è necessario valutare la selezione e il posizionamento della parte tenendo presente ciò.

Inoltre, i circuiti del driver e del ricevitore all'interno dei chip determinano da quale binario scorre la corrente. Anche se si utilizza GND come piano di riferimento, quando un driver si alza in alto, la corrente viene prelevata dalla guida VCC e quindi la guida VCC e i condensatori di bypass diventano parte del percorso di ritorno.

Questo è qualcosa che mi chiedevo anche quando ho iniziato fino a quando il dottor Johnson non me lo ha spiegato. Mentre leggi la corrente di ritorno per un segnale ad alta velocità, tornerà seguendo il percorso di minima impedenza. In una microstriscia, ad esempio, questo sarà il piano di riferimento più vicino ad esso indipendentemente dalla tensione CC che trasporta. Come dici tu, una traccia riferita al tuo piano VCC avrà la sua corrente di ritorno lungo il piano VCC.

Ora tutta la corrente scorre in un loop, quindi quando torna nel chip nel tuo esempio cercherà il percorso di impedenza più basso tra VCC e GND, che saranno i tuoi tappi di disaccoppiamento I / O che hai posizionato strategicamente vicino al tuo chip.

Il percorso di ritorno non sarebbe tramite Vcc.

Pensaci in termini di loop attuali, stadio drive TX e stadio input RX

Prendiamo ad esempio questo I / O digitale (esempio fasi I / O prese dal foglio dati ISO7221)

Considera due stati

1. TX è alto:

In questo caso c'è un "blat" iniziale di carica per facilitare l'attivazione del GATE del buffer RX. Dopo di che scorre solo la corrente di dispersione (NOTA: questo trascura la resistenza di terminazione)

2. TX è basso:

In questo caso lo stadio TX mantiene il pin LOW facilitando il flusso di corrente dal resistore di pull-up.

In entrambi i casi la corrente scorre dalla + ve della pastella alla -ve della batteria.

Ora considera dal punto di vista del PCB. Con un piano VCC e GND contiguo sotto i due circuiti integrati, la corrente che fluirà seguirà le tracce: un piccolo anello grande.

Diciamo che c'è stata un'interruzione nel piano GND tra i due chip, il percorso che la corrente di ritorno prenderebbe non seguirebbe quello della traccia TX == cattivo.