Phương pháp kết thúc trong PCB tốc độ cao và tần số cao

Chủ đề về kết thúc sẽ không thể tránh khỏi khi đề cập đến các hệ thống số tốc độ cao. Hầu hết các hệ thống số đều có ít nhất một giao diện tốc độ cao được chuẩn hóa, hoặc có thể là các GPIO nhanh tạo ra các tín hiệu cạnh nhanh. Các hệ thống tiên tiến sẽ có nhiều giao diện chuẩn hóa cũng được áp dụng kết thúc, thường là trên chíp bán dẫn. Nếu bạn xác định rằng bạn thực sự cần kết thúc, phương pháp nào nên được sử dụng?

Hóa ra, việc áp dụng các bộ kết thúc rời rạc không phải là điều phổ biến trong hầu hết các hệ thống số vì rất nhiều linh kiện thực hiện các bus chuẩn hóa cho truyền thông số. Nhưng nếu bạn đang xử lý các linh kiện tiên tiến có I/O nhanh, thì bạn có thể cần phải áp dụng kết thúc thủ công với các linh kiện rời rạc. Trường hợp khác xuất hiện là với logic chuyên biệt, như đôi khi được sử dụng trong một số bộ xử lý và FPGAs. Cuối cùng, có vấn đề về kết thúc RF, rất khác với kết thúc trong các hệ thống số.

Khi nào và Làm thế nào để Áp dụng Kết thúc

Như đã đề cập ở trên, có một phạm vi hẹp các trường hợp mà kết thúc với các linh kiện rời rạc cần được áp dụng thủ công.

• Giao diện của bạn không có thông số về trở kháng
• Tờ thông số kỹ thuật của bạn nêu rằng cần phải kết thúc thủ công
• Thông số giao diện yêu cầu kết thúc cụ thể (ví dụ, DDR, Kết thúc Bob Smith trong Ethernet)

Việc khớp trở kháng RF và số hóa có phần khác biệt. Tổng quát, mục tiêu là giống nhau: tín hiệu được gửi vào đường truyền nên trải qua tổn thất tối thiểu trong quá trình truyền và được thành phần nhận đăng ký ở mức điện áp/công suất chính xác. Bảng dưới đây so sánh các phương pháp kết thúc được sử dụng trong số hóa và RF:

Điểm tiếp theo cần hiểu là việc chọn lựa phương pháp kết thúc phù hợp cho hệ thống cụ thể của bạn. Các phần dưới đây cung cấp cái nhìn tổng quan ngắn gọn và liên kết đến các nguồn tài liệu về các loại kết thúc khác nhau có thể được sử dụng trong kết nối đơn cuối, kết nối chênh lệch và kết nối RF.

Kết thúc Dãy

Phương pháp kết thúc này bao gồm việc đặt một điện trở dãy ngay tại chân đầu ra của bộ điều khiển. Về mặt kỹ thuật, đường truyền là hệ thống tuyến tính và một điện trở dãy có thể được đặt ở bất cứ đâu dọc theo kết nối. Tuy nhiên, việc đặt điện trở dãy ngay tại đầu ra của bộ điều khiển là ưu tiên vì điều này cung cấp sự điều chỉnh tín hiệu đầu ra chính xác nhất và sự kiểm soát phản xạ đúng đắn.

• Tính toán Điện trở Kết thúc Dãy
• Giảm xóc và Chuyển giao Phản xạ với Điện trở Kết thúc Dãy

Giá trị điện trở dãy cần thiết cho việc kết thúc có thể khó xác định vì dữ liệu cần thiết không phải lúc nào cũng có mặt trong bảng dữ liệu. Thay vào đó, nó cần được xác định từ một mô hình IBIS tốt đã biết cho chân điều khiển, hoặc nó cần được xác định thông qua đo lường. Do đó, đôi khi việc sử dụng kết thúc song song được ưa chuộng hơn.

Kết thúc Song song

Kết thúc song song được sử dụng để ngăn chặn sự phản xạ từ bộ nhận đồng thời đảm bảo điện áp toàn phần được nhận bởi chân đầu vào của tải. Do đó, nó cần được đặt ngay tại chân đầu vào trên linh kiện tải, và giá trị của điện trở được thiết lập bằng với trở kháng của đường truyền.

• Hình dạng sóng và Giải thích về Kết thúc Song song
• Kết thúc Song song trong Các Đường Nhánh

Trong một số trường hợp đặc biệt, kết thúc song song và kết thúc nối tiếp có thể được sử dụng cùng nhau trên cùng một kết nối, nhưng điều này không phổ biến. Điều này thường được tìm thấy trong logic chuyên biệt, nơi mà mức tín hiệu đầu ra có thể cần được cố ý chuyển xuống một điện áp thấp hơn, nhưng không nhất thiết phải với một điện trở nối tiếp hoàn hảo. Một trường hợp khác là khi một nhà thiết kế cố gắng ngăn chặn sự nảy lên của mặt đất bằng cách đặt một điện trở nối tiếp để giảm xóc, nhưng sự phản xạ từ tải vẫn được ngăn chặn với kết thúc song song.

Kết thúc Thevenin, Pull-Up, và Kết thúc AC

Kết thúc Thevenin, kết thúc pull-up, và kết thúc AC đều là các loại kết thúc song song được áp dụng tại chân đầu vào của một linh kiện nhận. Chúng cơ bản thực hiện cùng một chức năng như kết thúc song song đơn giản với một điện trở, nhưng với một số hậu quả bổ sung.

• Thevenin - điều chỉnh mức điện áp và lấy điện từ một nguồn điện áp thay thế
• Pull-up - buộc tín hiệu chuyển đổi quanh một mức điện áp kết thúc nào đó; có thể được sử dụng cho việc đảo ngược logic
• AC termination - giới hạn băng thông kênh ở các tần số thấp hơn và cung cấp chức năng lọc

Trong số ba loại kết thúc này, Thevenin và pull-up được sử dụng thường xuyên hơn. Bạn có khả năng thấy chúng được triển khai trên chíp bán dẫn hơn là với các linh kiện rời. Nếu được sử dụng với các linh kiện rời, có lẽ đó là trường hợp logic đặc biệt. Cả ba loại kết thúc đều có thể được tìm thấy trong các giao diện vi sai như một phần của kết thúc chia.

RF Termination

Việc sử dụng RF termination cơ bản bao gồm việc đặt các bộ lọc tại đầu ra của một trình điều khiển hoặc tại đầu vào của một bộ thu/tải sao cho trở kháng đầu ra từ một nguồn đạt đến một trở kháng mục tiêu. Mạch ghép nối trở kháng RF lý tưởng nên có trở kháng bằng không, nghĩa là chúng chỉ nên sử dụng các thành phần phản ứng. Lý do là chúng ta muốn tránh mất bất kỳ công suất nào khi tín hiệu tương tác với mạng lưới ghép nối trở kháng.

Điện trở là các thành phần kết thúc băng thông rộng, do đó chúng ta muốn sử dụng chúng với các tín hiệu băng thông rộng như tín hiệu số. Mạng lưới ghép nối trở kháng phản ứng chỉ sản xuất ghép nối trở kháng trong một băng thông nhất định:

• Các mạch kết thúc bằng thành phần phản ứng tạo ra băng thông cao-Q hoặc thấp-Q
• Nhiều thành phần phản ứng có thể được kết hợp thành các giai đoạn để tạo ra các bộ lọc cấp cao hơn
• Một số mạch sẽ có sóng gợn trong băng thông của chúng, phụ thuộc vào cấu trúc mạng lưới kết thúc

Một phương pháp khác không liên quan đến việc sử dụng các linh kiện rời rạc là sử dụng các đoạn đường truyền. Những đoạn này chỉ áp dụng khớp nối trở kháng trong các băng thông cao-Q rất cao và được sử dụng tốt nhất với các tín hiệu hài hòa. Để hiểu tại sao những điểm này quan trọng, hãy đọc các liên kết dưới đây.

• Thiết kế Biến Áp Tứ Phân Vùng cho Tải Thực và Phản Ứng
• Mạng Khớp Nối Trở Kháng Mô Phỏng S-Parameters
• Cách Thiết kế Taper Đường Dẫn RF cho Khớp Nối Trở Kháng

Trên vài GHz, kết thúc với các thành phần rời rạc sẽ không hoạt động như thiết kế do sự hiện diện của các thành phần nhiễu. Đây là lý do tại sao các thành phần hoạt động ở nhiều GHz thường đặt các yếu tố khớp nối trở kháng trực tiếp trên chíp bán dẫn để các chân đầu ra sẽ khớp trực tiếp với 50 Ohm. Đến vài GHz, việc đặt và giá trị sử dụng trong các thành phần rời rạc cần được mô phỏng và đo lường.

Dù bạn cần thiết kế phương pháp khớp trở kháng hay kết thúc nào, bạn có thể tạo mạch và thiết kế PCB với các tính năng thiết kế điện tử tốt nhất trong ngành trong Altium Designer^®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365^™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.