高速PCB的功能分割
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大部分的PCB都包含一些功能子系统或区域,每个功能子系统都由一组器件和它们的支持电路组成。比如,一个典型的主机板可以划分为以下区域:处理器、时钟逻辑、存储器、总线控制器、总线接口、PCT总线、外围设备接口和视/音频处理模块等。一方面,PCB上所有器件需要彼此紧密地放置在一起,这样可以缩短走线长度,降低串扰、反射,以及电磁辐射,保证信号完整性;另一方面,不同的逻辑器件所产生的RF能量的频谱都不同,尤其是在高速系统中,信号的频率越高,与数字信号跳变相关的操作所产生的RF能量的频带也越宽,要防止工作频带不同的器件间的相互干扰,尤其是高带宽器件对其他设备的干扰。
解决上述问题的办法是采用功能分割,即将不同功能的子系统在PCB上实行物理分割。根据产品不同而采取不同的分割方式,通常可用多块PCB、组件隔离和Layout FE离等方式。恰当的分割可以优化信号质量,简化布线,降低干扰。工程师必须明确某一组件属于哪一个功能分区,这些信息可以从组件供应商处获得。
功能分割可以被认为是将一个功能区域从另一个功能区域分离出来,以便使功能不同的电路隔离开来,如图1所示的实例。在PCB设计中,要想达到的目的就是,把与特定子区域相关的电磁场限制在需要这部分能量的区域。例如,设计者希望来自处理器区域的电磁能量不能传递到I/O电路中。而处理器和I/O之间存在电势差,只要存在电势差,则在这两个区域之间就会产生共模能量传递,所以它们之间的分割必须进行很好地去耦。
功能分割需要注意两个方面:处理传导和辐射的RF能量。传导的RF能量会通过信号线在功能子区域和电源分配系统之间进行传输,辐射的H咱旨量通过自由空间耦合。合理的PCB功能分割就是寻求将有用的信号传递到需要它的地方,而将不需要的拒之门外的合理方案。
实现上述功能的PCB分割包含两个方面的意思:隔离和互连。
隔离可以通过使用“壕”在所有层上形成没有敷铜的空自区,“壕”的最小宽度为50 mil。“壕”就像护城河一样,将整个PCB按其功能不同分割成一个个的“小岛”。其中的某一个功能区(比如说图6-17中的隔离变压器——对PCB上那些没有连接到它的信号线和路径来说就像一个“排除在外”的区域)。很显然,“壕”会将镜像层分割,形成每个区域独立的电源和地,这就可以防止RF能量通过电源分配系统从一个区域进入另一个区域。
但分割是为了更好地安排布局和布线,实现更好的互连,不是完全的“隔离”,必须为那些需要连接到各个子功能区域的线路提供通道。这里有两种方法:一种是使用独立的变压器、光隔离器或者共模数据线跨过“壕”,如图2(a)所示;另一种就是在“壕”上搭“桥”,只有那些有“过桥通行证”的信号才能进(信号电流)和出(返回电流),如图2(b)所示。
图2 隔离和搭桥
设计一个最优化的分割布局是不可能的,还有一种办法就是将产生不期望的V能量的部分进行金属屏蔽,从而控制辐射并增强PCB的抗干扰能力。
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