Читать книгу Высокоскоростные печатные платы. Записки схемотехника - А. В. Трундов - Страница 5

Тракт передачи информации может быть простым, например, при соединении двух плат между собой, либо сложным, например, при соединении приборов через внешние и внутренние кабели, соединители.

Сложность внутрисистемного или межсистемного тракта многократно повышается при повышении количества точек соединений, в каждой из которых могут возникнуть неоднородности, которые становятся причиной отражений, резонансов, излучений сигналов. Чем больше длина тракта, тем больше влияние внутренних и внешних потерь. Чем менее защищены линии передачи от воздействия внешних помех, тем больше вероятность искажения формы сигналов.

Основными элементами тракта передачи информации являются отрезки линий передачи, разъемы и соединители. В качестве линий передачи в книге будут рассмотрены кабели и линии, организованные в печатных платах.

Кабели благодаря стабильности конструктивных параметров имеют постоянное по всей длине волновое сопротивление (что гарантирует однородность линии передачи) и нормированные характеристики затухания. Можно сказать, что «поведение» сигналов в кабелях предсказуемо, поскольку они однородны, помехоустойчивы (при наличии экранов) и влияние на качество сигнала оказывают только внутренние потери (без учета магнитных полей).

Проводники платы можно рассматривать как одиночные проводники только в низкочастотном диапазоне. На высоких частотах необходимо учитывать их паразитные емкости, сопротивления и индуктивности отдельных сегментов между неоднородностями. В результате из линий с сосредоточенными параметрами они становятся линиями с распределенными параметрами. Кроме того, если в низкочастотном диапазоне можно говорить о протекании через проводник электрического тока, как потока электронов, в области высоких частот нужно говорить уже о распространении электромагнитной волны через линию передачи. А сама линия передачи представляет более сложную структуру из сигнального и обратного провода и диэлектрика между ними. В диэлектрике между сигнальным проводником и опорным слоем (как и между обкладками конденсатора) концентрируются линии напряженности электрического поля, определяющие его энергию.

Вокруг сигнального проводника формируются силовые линии магнитного поля, направление которых задается правилом правой руки. По касательной к окружностям расположены векторы магнитной индукции B (и векторы напряженности магнитного поля H), по концентрации которых в пространстве можно судить об энергии магнитного поля. В местах изгиба проводника концентрация векторов магнитной индукции увеличивается (вектора располагаются ближе друг к другу), увеличивается индуктивность. Индуктивность количественно показывает, насколько энергия магнитного поля в изгибе проводника отличается от энергии магнитного поля в прямом проводнике.

Поскольку проводники или линии передачи расположены в печатных платах, каждая из которых имеет уникальную конструкцию и характеристики, целостность сигнала в большей степени зависит от правильности разработки печатных плат.

Печатная плата является одним из элементов конструкции. Можно сказать, что она – наиболее важный элемент, так как содержит высокоскоростные линии передачи, соединяющие выводы микросхем между собой, а также с внешними соединителями и кабелями. Конструкция и характеристики кабелей и разъемов, расположенных в тракте прохождения сигналов, не менее важны для успешного решения задачи безошибочной передачи данных, но все «волшебство» происходит именно в печатной плате, поскольку ее конструкция содержит наибольшее количество элементов, определяющих качество системы.

В печатных платах большое значение имеет и правильная организация системы электропитания, основной характеристикой которой является низкий импеданс во всем диапазоне частот, определяемым спектрами передаваемых сигналов. Именно низкий импеданс полигонов питания позволит обеспечить требуемые уровни напряжений на входах питания элементов платы, а низкий уровень плотности токов на отдельных участках проводников питания позволит обеспечить снижение энергетических всплесков, излучений и требуемые характеристики электромагнитной совместимости (ЭМС).

Есть масса других конструктивных и технологических требований, выполнение которых позволит гарантировать физическую целостность линий передачи и шин питания, не допустить перегрева и коробления материалов платы, обеспечить производство печатных плат в заданных условиях, повторяемость характеристик, успешность испытаний при воздействии внешних факторов. В этой книге внимание будет уделено лишь требованиям, обеспечивающим прохождение электрических сигналов с нужной скоростью и достоверностью в заданных условиях.