Rückweg auf einer Leiterplatte

Wenn TX von Low nach High schaltet, fließt der Strom wie folgt:

Stromversorgung Vcc -> PCB Vcc plane -> U1.Vcc pin -> U1.TX pin -> U2.RX pin -> U2.Gnd pin -> "return path" -> PCB Gnd plane -> Power supply Gnd

Es ist großartig, dass Sie verstehen, dass das, was wir den "Rückweg" nennen, die nächste Ebene ist (in diesem Fall die Vcc-Ebene). Dies ist sinnvoll, da die Felder nicht gelesen werden können, sodass sie sich zwischen den Metallteilen in Ihrer Leiterplatte bilden, egal wie Sie sie nennen.

Im statischen DC-Fall ist der "Rückweg" tatsächlich die Gnd-Ebene, da diese die niedrigste Impedanz aufweist. Bei höheren Frequenzen bilden sich die Felder in der Vcc-Ebene und die Stromdichte ist in der Vcc-Ebene direkt unter der Leiterbahn hoch.

Wie kommt also der Strom für die höheren Frequenzen von der Vcc-Ebene und zurück zur Gnd-Ebene?

Denken Sie daran, dass die Impedanz zwischen diesen beiden Ebenen bei diesen höheren Frequenzen ziemlich niedrig ist. Eigentlich wollen wir auch die Impedanz zwischen Vcc und Gnd über den gesamten relevanten Frequenzbereich niedrig machen (verwenden Sie etwas wie PDNTOOL.COM , um das zu entwerfen), also ist das (hoffentlich) keine große Überraschung.

Das PDN-Design wird auch in Eric Bogatins Buch gut behandelt.

Lass mich wissen, ob dir das geholfen hat?

Hoffentlich haben Sie in der Nähe beider Chips einige Kondensatoren zur Umgehung der Stromversorgung zwischen VCC und GND bereitgestellt. Diese Bypass-Kondensatoren lassen hochfrequente Ströme zwischen VCC und GND fließen.

Beachten Sie, dass dies bedeutet, dass die Bypass-Kondensatoren Teil des Rückwegs werden, und Sie müssen die Teileauswahl und -platzierung unter diesem Gesichtspunkt bewerten.

Außerdem bestimmen die Treiber- und Empfängerschaltungen innerhalb der Chips, von welcher Schiene der Strom fließt. Selbst wenn Sie GND als Referenzebene verwenden, zieht ein Treiber, wenn er hochzieht, Strom von der VCC-Schiene, sodass die VCC-Schiene und die Bypass-Kondensatoren Teil des Rückwegs werden.

Das habe ich mich auch gefragt, als ich anfing, bis Dr. Johnson es mir erklärte. Wie Sie lesen, wird der Rückstrom für ein Hochgeschwindigkeitssignal auf dem Weg der geringsten Impedanz zurückkehren. Bei einem Mikrostreifen zum Beispiel ist dies die Referenzebene, die ihm am nächsten ist, unabhängig von der DC-Spannung, die er führt. Wie Sie sagen, wird eine auf Ihre VCC-Ebene referenzierte Spur ihren Rückstrom entlang der VCC-Ebene haben.

Jetzt fließt der gesamte Strom in einer Schleife. Wenn er in Ihrem Beispiel wieder unter den Chip gelangt, sucht er nach dem Pfad mit der niedrigsten Impedanz zwischen VCC und GND, bei dem es sich um Ihre E / A-Entkopplungskappen handelt, die Sie strategisch in der Nähe Ihres Chips platziert haben.

Der Rückweg wäre nicht über Vcc.

Betrachten Sie es in Bezug auf Stromschleifen, die TX-Antriebsstufe und die RX-Eingangsstufe

Nehmen Sie zum Beispiel diese digitale E/A (Beispiel-E/A-Stufen aus dem ISO7221-Datenblatt)

Betrachten Sie zwei Zustände

1. TX ist hoch:

In diesem Fall gibt es ein anfängliches Ladungs-"Blatt", um das Einschalten des GATE des RX-Puffers zu erleichtern. Danach fließt nur noch Leckstrom (HINWEIS: Dies übersieht den Abschlusswiderstand)

2. TX ist niedrig:

In diesem Fall hält die TX-Stufe den Pin LOW, was den Stromfluss vom Pull-up-Widerstand erleichtert.

In beiden Fällen fließt Strom vom +ve der Batterie zum -ve der Batterie.

Betrachten Sie nun aus Sicht der Leiterplatte. Mit einer zusammenhängenden VCC- und GND-Ebene unter den beiden ICs folgt der fließende Strom den Spuren - große kleine Schleife.

Nehmen wir an, es gab eine Unterbrechung in der GND-Ebene zwischen den beiden Chips, der Weg, den der Rückstrom nehmen würde, würde nicht dem der TX-Spur folgen == schlecht.