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I/O的地應該被看成是外殼的延伸

發布時間:2014/4/19 17:09:04 訪問次數:558

   對于高頻信號,用一個橋代替伴行返回跡線的原因是為了減小返回路徑的阻抗(電感)。

如10.6.2節所表明的,SN74HC74DR接地面的電感比跡線的電感小兩個數量級(大概是接地面0.15nH/in而跡線15nH/in)。

   I/O的地應該被看成是外殼的延伸。外殼是外部電纜上共模電流的參考面或返回面,進一步的討論見附錄D。外殼可被看成產品的高頻參考面。我喜歡將這個方法看成在PCB上和其周圍包裹一部分金屬外殼。

   另一個將這個方法形象化的比喻好像是PCB在邏輯地的終端終止,而連接器把板接在短導線上,電容則將每個信號線和外殼相連以從電纜分流高頻噪聲。除了代替懸掛一根導線在板上,為了方便,電容和連接器通常安裝在PCB上,并與I/O的接地面相連,這真正只是外殼的延伸。

   做所有這些工作的關鍵是在I/O的地和外殼之間有一個低電感連接。這個事實不能被過分強調。

   PCB的電源平面不允許延伸到I/O的接地區域。電源平面通常包含高頻邏輯噪聲,如果它被延伸到I/O區域,它會耜合噪聲到I/O信號和接地導體。我通常在這個區域印制兩個I/O接地平面,一個在PCB接地平面上,另一個在板的PCB電源平面上。    

   我以前強調這樣一個事實,即在接地平面上不應有槽(或縫隙),因為跨越槽的任何單端信號跡線將有一個不連續的返回電流路徑。那么我為什么現在推薦在接地平面上設置一個槽呢?我不是這個意思!數字邏輯接地平面是一個完整的連續平面,而I/O平面實際上只是被印制在PCB上的外殼的延伸。正如先前建議的,在這種情況下在一個點上,通過如圖12-15所示的“橋”,這兩部分是連接在一起的。這個橋只是應具有必要的寬度為所需數量的高頻信號提供跨越的路徑。

             

   這個概念可被應用于任何系統結構,甚至大的多板系統。重要的一點是系統中的某個位置應有一個連接底盤的干凈的I/O地。所有非屏蔽電纜應在離開系統前被去耦到這個地。在大的系統中,I/O地甚至可能是位于電纜人口的一個單獨的PCB,只包含連接器和I/O電纜濾波電容。一旦噪聲從電纜中移走,它們的路徑必須被小心控制以避免耦合噪聲返回電纜。

   因此,干凈的I/O地應位于電纜離開/進入系統的位置上。

   I/O電纜濾波電容的有效性依賴于驅動電路的共模源阻抗。有時,除了電纜濾波電容,用一個串聯電阻、鐵氧體或電感器可獲得更好的效果。具有內置并聯電容和(或)串聯電感元件(通常是鐵氧體)的濾波連接器性能相似,也可以使用。


   對于高頻信號,用一個橋代替伴行返回跡線的原因是為了減小返回路徑的阻抗(電感)。

如10.6.2節所表明的,SN74HC74DR接地面的電感比跡線的電感小兩個數量級(大概是接地面0.15nH/in而跡線15nH/in)。

   I/O的地應該被看成是外殼的延伸。外殼是外部電纜上共模電流的參考面或返回面,進一步的討論見附錄D。外殼可被看成產品的高頻參考面。我喜歡將這個方法看成在PCB上和其周圍包裹一部分金屬外殼。

   另一個將這個方法形象化的比喻好像是PCB在邏輯地的終端終止,而連接器把板接在短導線上,電容則將每個信號線和外殼相連以從電纜分流高頻噪聲。除了代替懸掛一根導線在板上,為了方便,電容和連接器通常安裝在PCB上,并與I/O的接地面相連,這真正只是外殼的延伸。

   做所有這些工作的關鍵是在I/O的地和外殼之間有一個低電感連接。這個事實不能被過分強調。

   PCB的電源平面不允許延伸到I/O的接地區域。電源平面通常包含高頻邏輯噪聲,如果它被延伸到I/O區域,它會耜合噪聲到I/O信號和接地導體。我通常在這個區域印制兩個I/O接地平面,一個在PCB接地平面上,另一個在板的PCB電源平面上。    

   我以前強調這樣一個事實,即在接地平面上不應有槽(或縫隙),因為跨越槽的任何單端信號跡線將有一個不連續的返回電流路徑。那么我為什么現在推薦在接地平面上設置一個槽呢?我不是這個意思!數字邏輯接地平面是一個完整的連續平面,而I/O平面實際上只是被印制在PCB上的外殼的延伸。正如先前建議的,在這種情況下在一個點上,通過如圖12-15所示的“橋”,這兩部分是連接在一起的。這個橋只是應具有必要的寬度為所需數量的高頻信號提供跨越的路徑。

             

   這個概念可被應用于任何系統結構,甚至大的多板系統。重要的一點是系統中的某個位置應有一個連接底盤的干凈的I/O地。所有非屏蔽電纜應在離開系統前被去耦到這個地。在大的系統中,I/O地甚至可能是位于電纜人口的一個單獨的PCB,只包含連接器和I/O電纜濾波電容。一旦噪聲從電纜中移走,它們的路徑必須被小心控制以避免耦合噪聲返回電纜。

   因此,干凈的I/O地應位于電纜離開/進入系統的位置上。

   I/O電纜濾波電容的有效性依賴于驅動電路的共模源阻抗。有時,除了電纜濾波電容,用一個串聯電阻、鐵氧體或電感器可獲得更好的效果。具有內置并聯電容和(或)串聯電感元件(通常是鐵氧體)的濾波連接器性能相似,也可以使用。


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