Обратный путь на печатной плате

Я провел выходные, читая видео лекции Эрика Богатина и читая его книгу «Целостность сигнала и мощности - упрощенный»

Он заявляет, что обратный путь для печатной платы может быть любой плоскостью постоянного тока, которая может быть шиной VCC под сигнальным трактом.

Рассмотрим следующую простую схему

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Если U1 и U2 размещены на верхнем уровне, а TX и RX маршрутизируются только на верхний уровень, тогда обратный путь для сигнала (от TX до RX) будет Vcc. Я в порядке с этим.

Мой вопрос: когда обратный ток достигает только под контакт TX, куда идет ток? На этом этапе он находит свой путь к Gnd или он возвращается в TX и через кристалл обратно на землю?

** Добавлен текст из книги **

Когда TX переключается с низкого уровня на высокий, ток течет так:

Блок питания Vcc -> плоскость Vcc платы -> контакт U1.Vcc -> контакт U1.TX -> контакт U2.RX -> контакт U2.Gnd -> «обратный путь» -> плоскость Gnd платы -> блок питания Gnd

Хорошо, что вы понимаете, что то, что мы называем «обратным путем», будет ближайшей плоскостью (в данном случае плоскостью Vcc). Это имеет смысл, поскольку поля не могут быть прочитаны, поэтому они будут образовываться между металлическими частями на вашей печатной плате независимо от того, как вы их называете.

В случае статического постоянного тока «обратный путь» фактически будет плоскостью Gnd, так как у нее будет самый низкий импеданс. На более высоких частотах поля будут формироваться в плоскости Vcc, а плотность тока будет высокой в ​​плоскости Vcc прямо под трассой.

Так как же ток попадает из плоскости Vcc и обратно в плоскость Gnd для более высоких частот?

Хорошо, помните, что импеданс между этими двумя плоскостями довольно низок на этих более высоких частотах. На самом деле мы хотим, чтобы импеданс между Vcc и Gnd был низким во всем соответствующем частотном диапазоне ( для этого нужно использовать что-то вроде PDNTOOL.COM ), так что это не является большим сюрпризом (надеюсь).

Дизайн PDN также хорошо освещен в книге Эрика Богатина.

Дайте мне знать, помогло ли это вам?

Надеемся, что вы предоставили некоторый источник питания в обход конденсаторов между VCC и GND рядом с обеими микросхемами. Эти байпасные конденсаторы позволят высокочастотным токам течь между VCC и GND.

Обратите внимание, что это означает, что обводные конденсаторы становятся частью пути возврата, и вам необходимо оценить выбор и размещение детали с учетом этого.

Кроме того, схемы драйвера и приемника в микросхемах определяют, от какой шины течет ток. Даже если вы используете GND в качестве опорной плоскости, когда водитель тянет высоко он будет тянущие тока от VCC рельса и поэтому VCC рельс и блокировочные конденсаторы становятся частью обратного пути.

Об этом я тоже удивился, когда впервые начал, пока доктор Джонсон не объяснил мне это. По мере чтения ток возврата для высокоскоростного сигнала будет возвращаться по пути наименьшего полного сопротивления. Например, в микрополоске это будет ближайшая к ней опорная плоскость независимо от постоянного напряжения, которое она несет. Как вы говорите, трасса, на которую ссылается ваша плоскость VCC, будет иметь обратный ток по плоскости VCC.

Теперь весь ток течет по контуру, поэтому, когда он попадет под микросхему в вашем примере, он будет искать путь с наименьшим импедансом между VCC и GND, который будет вашей развязкой ввода / вывода, которую вы стратегически поместили рядом с вашей микросхемой.

Обратный путь не будет через Vcc.

Подумайте об этом с точки зрения токовых контуров, каскада привода TX и каскада входа RX

Возьмем, к примеру, этот цифровой ввод / вывод (пример этапов ввода / вывода взят из таблицы ISO7221)

Рассмотрим два состояния

1. TX высокий:

В этом случае есть начальный «заряд» заряда для облегчения включения GATE буфера RX. После чего протекает только ток утечки (ПРИМЕЧАНИЕ: это выходит за пределы сопротивления завершения)

2. TX низкий:

В этом случае каскад TX удерживает штырь НИЗКИЙ, что способствует прохождению тока от подтягивающего резистора.

В обоих случаях ток течет от + ve батареи к -ve батареи.

Теперь рассмотрим с точки зрения печатной платы. При наличии смежных плоскостей VCC и GND под двумя микросхемами ток, который будет течь, будет следовать по следам - ​​большой маленький контур.

Допустим, в плоскости GND между двумя микросхемами произошел разрыв, маршрут, по которому будет идти обратный ток, не будет соответствовать маршруту TX == bad.