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[求助] PCB布线——信号线发生了串扰

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一粒金砂(高级)

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发表于 2019-6-12 16:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 燕园技术宅 于 2019-6-12 16:16 编辑

问题:

       PCB电路板上的方波信号输入接口使用的是2.54间距牛角座,布线如图一(在两个焊盘之间走了信号线,信号线和焊盘间距7mil) 。在单片机进行频率采集的时候,其中一个通道接入信号时,相邻的通道也会有读数。一开始怀疑布线问题,信号线之间产生了串扰,于是我用示波器和函数发生器对各个引脚的波形进行了测试。测试内容与结果如下文。

疑问:

       产生这种现象真的是因为布线距离太近的原因而发生了串扰么?首先只有相邻的几个通道才会出现上述现象,IN9和IN1这种距离较远的就不会出现。

       信号的频率是5kHz,按说不是高频,串扰居然这么严重么?

       还有其他原因会导致这种现象么?

       之前也有同功能的PCB进行了测试,但布线方式不同,信号输入接口不同,且间距较远,布线间距也在10mil以上,进行采集时,并没有出现这种问题。

测试设备:函数发生器、示波器、问题PCB电路板。

测试信号:5kHz、50%占空比、高电平3.3V、低电平0V、输出高阻抗。
1.png

 

2.png

测试结果:

首先将信号接入IN1端口,分别测试IN1、IN2、IN3、IN4端口的波形。波形如下图(顺序相同)。在下面的测试图片中,不知道为什么示波器测出来波形的高低电平和函数发生器发出的电平不匹配(示波器输入阻抗设置为1MΩ)。

INPUT  IN1.jpg IN1输入信号波形 标准方波信号,VPP是5.63V

IN1 - IN2.jpg

IN2引脚波形  产生了串扰信号 Vpp1.72V IN1 - IN3.jpg

IN3引脚波形  产生了串扰信号 Vpp1.06V


IN1 - IN4.jpg

IN4引脚波形 产生了串扰信号 Vpp860mv

 

然后将信号接入IN3端口,分别测试IN3、IN4、IN2、IN1端口的波形。波形如下图(顺序相同)。

INPUT   IN3.jpg

IN3输入波形 标准方波信号 Vpp5.66V


IN3 - IN4.jpg

IN4引脚波形 产生了串扰信号 Vpp1.69V


IN3 - IN2.jpg

IN2引脚波形 产生了串扰信号 Vpp1.66V

 

IN3 - IN1.jpg

 

IN1引脚波形 产生了串扰信号 Vpp1.11V

 

 

 

 

 

 

 

来源:EEWorld PCB设计板块,转载请附上链接


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一粒金砂(高级)

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发表于 2019-6-12 16:57 | 显示全部楼层

把线割断,再飞线,再测试,是不是可以判断PCB线串扰了;

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基本锁定是串扰的问题了,不过我之所以会有这种疑问是因为我另一块电路板布线最小间距是8mi,同样的信号输入相邻的信号线却没有出现串扰,但是焊盘对旁边的导线影响这么大么?除了增大布线间距,有没有其他办法减小  详情 回复 发表于 2019-6-12 17:17


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一粒金砂(高级)

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 楼主| 发表于 2019-6-12 17:17 | 显示全部楼层
viphotman 发表于 2019-6-12 16:57 把线割断,再飞线,再测试,是不是可以判断PCB线串扰了;

基本锁定是串扰的问题了,不过我之所以会有这种疑问是因为我另一块电路板布线最小间距是8mi,同样的信号输入相邻的信号线却没有出现串扰,但是焊盘对旁边的导线影响这么大么?除了增大布线间距,有没有其他办法减小串扰呢? 



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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-6-12 17:25 | 显示全部楼层

IN1 接信号发生器的时候,IN2, IN3 ... 都是悬空的?

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经过500K电阻下拉到地的  详情 回复 发表于 2019-6-12 17:33


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一粒金砂(高级)

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 楼主| 发表于 2019-6-12 17:33 | 显示全部楼层
cruelfox 发表于 2019-6-12 17:25 IN1 接信号发生器的时候,IN2, IN3 ... 都是悬空的?

经过500K电阻下拉到地的

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经500千欧电阻到地,不应该发生这么大的“串扰”。你的焊盘与船行导线之间分布电容至多几个pF,不大可能出现这么大幅度顶部衰减的方波。 你测量时,“2.54间距牛角座”上是否联接了导线?  详情 回复 发表于 2019-6-12 18:15


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纯净的硅(高级)

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发表于 2019-6-12 18:11 | 显示全部楼层

500k 还是很大的阻抗了,跟悬空差别不大。

走线、焊盘之间的分布电容,还有连接用的排线上的电容都形成耦合路径。如果你有交流电桥的话,可以量一下相邻的输入端子之间的电容有多大。

如果真的实际用的时候,信号源有很大的输出阻抗,得使用屏蔽线。

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我加一个10K的小电阻试了一下,消除了串扰。但我这个下拉电阻的作用也是为了在无信号的时候,单片机的信号采集引脚被拉到稳定的低电平,我这个电阻放多大的比较合适?  详情 回复 发表于 2019-6-13 08:48


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maychang

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发表于 2019-6-12 18:15 | 显示全部楼层
燕园技术宅 发表于 2019-6-12 17:33 经过500K电阻下拉到地的

经500千欧电阻到地,不应该发生这么大的“串扰”。你的焊盘与船行导线之间分布电容至多几个pF,不大可能出现这么大幅度顶部衰减的方波。

你测量时,“2.54间距牛角座”上是否联接了导线?

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我是直接用公头的杜邦线插在对应焊盘上测得,示波器的表笔也是直接接触周围的焊盘测的波形。的确是两个焊盘之间的布线 影响这两个焊盘上的信号。  详情 回复 发表于 2019-6-13 08:34


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一粒金砂(高级)

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 楼主| 发表于 2019-6-13 08:34 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-6-12 18:15 经500千欧电阻到地,不应该发生这么大的“串扰”。你的焊盘与船行导线之间分布电容至多几个pF ...

我是直接用公头的杜邦线插在对应焊盘上测得,示波器的表笔也是直接接触周围的焊盘测的波形。的确是两个焊盘之间的布线 影响这两个焊盘上的信号。



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一粒金砂(高级)

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 楼主| 发表于 2019-6-13 08:48 | 显示全部楼层
cruelfox 发表于 2019-6-12 18:11 500k 还是很大的阻抗了,跟悬空差别不大。 走线、焊盘之间的分布电容,还有连接用的排线上的电容都形成 ...

我加一个10K的小电阻试了一下,消除了串扰。但我这个下拉电阻的作用也是为了在无信号的时候,单片机的信号采集引脚被拉到稳定的低电平,我这个电阻放多大的比较合适?

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“我这个电阻放多大的比较合适?” 这可不能一概而论,必须综合考虑。如果考虑到耗电量,当然是要大一些。如果考虑速度,那就要小一些,等等。  详情 回复 发表于 2019-6-13 09:08


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maychang

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发表于 2019-6-13 09:08 | 显示全部楼层
燕园技术宅 发表于 2019-6-13 08:48 我加一个10K的小电阻试了一下,消除了串扰。但我这个下拉电阻的作用也是为了在无信号的时候,单片机的信 ...

“我这个电阻放多大的比较合适?”

这可不能一概而论,必须综合考虑。如果考虑到耗电量,当然是要大一些。如果考虑速度,那就要小一些,等等。



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一粒金砂(高级)

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 楼主| 发表于 2019-6-13 09:20 | 显示全部楼层

输入信号仅是一个低电平0V高电平3.3V的方波信号,信号是CPLD产生经过一个缓冲器后发出,信号的接收端是STM32单片机,同样接收端也经过一个缓冲器。缓冲器是ON的74VHC244MX,参数如下。单片机电路的缓冲器输入端,为了在无信号时,稳定的下拉到地,我加了一个下拉电阻,还并联了一个ESD二极管。通过测试510K对串扰没有消除,10K的反而没有串扰。我不太清楚具体怎么计算功耗这个问题,信号只是短时间的输入一下,并不是一直都有方波信号输入。所以我准备通过实验来测试一下电阻从10K开始到多大的时候开始出现串扰。

1.png

 

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