1 أسئلة

مع الزيادة الكبيرة في تعقيد التصميم وتكامل الأنظمة الإلكترونية ، أصبحت سرعات الساعة وأوقات صعود الجهاز أسرع وأسرع ، و PCB عالي السرعة design has become an important part of the design process. In high-speed circuit design, the inductance and capacitance on the circuit board line make the wire equivalent to a transmission line. Incorrect layout of termination components or incorrect wiring of high-speed signals can cause transmission line effect problems, resulting in incorrect data output from the system, abnormal circuit operation or even no operation at all. Based on the transmission line model, to sum up, the transmission line will bring adverse effects such as signal reflection, crosstalk, electromagnetic interference, power supply and ground noise to the circuit design.

من أجل تصميم لوحة دوائر PCB عالية السرعة يمكنها العمل بشكل موثوق ، يجب أن يتم النظر في التصميم بشكل كامل وبعناية لحل بعض المشكلات غير الموثوقة التي قد تحدث أثناء التخطيط والتوجيه ، وتقصير دورة تطوير المنتج ، وتحسين القدرة التنافسية للسوق.

كيفية استخدام أدوات تصميم PROTEL لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة

2 تصميم تخطيطي لنظام التردد العالي

في تصميم PCB للدائرة ، يعد التخطيط رابطًا مهمًا. ستؤثر نتيجة التصميم بشكل مباشر على تأثير الأسلاك وموثوقية النظام ، وهو الأمر الأكثر صعوبة واستهلاكًا للوقت في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بالكامل. تجعل البيئة المعقدة لثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد تصميم تخطيط نظام التردد العالي صعبًا لاستخدام المعرفة النظرية المكتسبة. يتطلب ذلك أن يكون لدى الشخص الذي يضع خبرة غنية في تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة ، وذلك لتجنب الالتفافات في عملية التصميم. تحسين موثوقية وفعالية عمل الدائرة. في عملية التخطيط ، ينبغي إيلاء اعتبار شامل للهيكل الميكانيكي ، وتبديد الحرارة ، والتداخل الكهرومغناطيسي ، وملاءمة الأسلاك المستقبلية ، والجماليات.

بادئ ذي بدء ، قبل التخطيط ، يتم تقسيم الدائرة بأكملها إلى وظائف. يتم فصل الدائرة عالية التردد عن دائرة التردد المنخفض ، ويتم فصل الدائرة التناظرية عن الدائرة الرقمية. يتم وضع كل دائرة وظيفية في أقرب مكان ممكن من مركز الشريحة. تجنب تأخير الإرسال الناجم عن الأسلاك الطويلة للغاية ، وتحسين تأثير فصل المكثفات. بالإضافة إلى ذلك ، انتبه إلى المواضع والاتجاهات النسبية بين المسامير ومكونات الدائرة والأنابيب الأخرى لتقليل تأثيرها المتبادل. يجب أن تكون جميع المكونات عالية التردد بعيدة عن الهيكل المعدني والألواح المعدنية الأخرى لتقليل الاقتران الطفيلي.

ثانيًا ، يجب الانتباه إلى التأثيرات الحرارية والكهرومغناطيسية بين المكونات أثناء التخطيط. هذه التأثيرات خطيرة بشكل خاص بالنسبة للأنظمة عالية التردد ، ويجب اتخاذ تدابير للابتعاد أو العزل والحرارة والدرع. يجب أن يكون أنبوب المعدل عالي الطاقة وأنبوب الضبط مجهزين بمبرد وأن يتم إبعادهما عن المحول. يجب إبقاء المكونات المقاومة للحرارة مثل المكثفات الإلكتروليتية بعيدًا عن مكونات التسخين ، وإلا سيتم تجفيف الإلكتروليت ، مما يؤدي إلى زيادة المقاومة وضعف الأداء ، مما سيؤثر على استقرار الدائرة. يجب ترك مساحة كافية في المخطط لترتيب الهيكل الواقي ومنع إدخال أدوات التوصيل الطفيلية المختلفة. لمنع الاقتران الكهرومغناطيسي بين الملفات على لوحة الدائرة المطبوعة ، يجب وضع الملفين في زوايا قائمة لتقليل معامل الاقتران. يمكن أيضًا استخدام طريقة عزل اللوحة العمودية. من الأفضل استخدام سلك المكون المراد لحامه في الدائرة مباشرة. كلما كان التقدم أقصر ، كان ذلك أفضل. لا تستخدم الموصلات وألسنة اللحام نظرًا لوجود سعة موزعة ومحاثة موزعة بين ألسنة اللحام المجاورة. تجنب وضع مكونات عالية الضوضاء حول مذبذب الكريستال ، و RIN ، والجهد التناظري ، وآثار إشارة الجهد المرجعي.

أخيرًا ، مع ضمان الجودة والموثوقية المتأصلة ، مع مراعاة الجمال العام ، يجب تنفيذ تخطيط معقول للوحة الدائرة. يجب أن تكون المكونات متوازية أو متعامدة مع سطح اللوحة ، ومتوازية أو متعامدة مع حافة اللوحة الرئيسية. يجب أن يكون توزيع المكونات على سطح اللوحة متساويًا قدر الإمكان ويجب أن تكون الكثافة متسقة. وبهذه الطريقة ، فهي ليست جميلة فحسب ، بل إنها أيضًا سهلة التجميع واللحام ، ومن السهل إنتاجها بكميات كبيرة.

3 Wiring of high frequency system

في الدوائر عالية التردد ، لا يمكن تجاهل معلمات التوزيع للمقاومة والسعة والتحريض والحث المتبادل لأسلاك التوصيل. من منظور مكافحة التداخل ، فإن الأسلاك المعقولة هي محاولة تقليل مقاومة الخط والسعة الموزعة والحث الشارد في الدائرة. ، يتم تقليل المجال المغناطيسي الشارد الناتج إلى الحد الأدنى ، بحيث يتم قمع السعة الموزعة ، والتدفق المغناطيسي المتسرب ، والحث الكهرومغناطيسي المتبادل والتداخل الآخر الناجم عن الضوضاء.

كان تطبيق أدوات تصميم PROTEL في الصين شائعًا جدًا. ومع ذلك ، يركز العديد من المصممين فقط على “معدل النطاق العريض” ، ولم يتم استخدام التحسينات التي أدخلتها أدوات تصميم PROTEL للتكيف مع التغييرات في خصائص الجهاز في التصميم ، الأمر الذي لا يجعل فقط إهدار موارد أداة التصميم أكثر خطيرة ، مما يجعل من الصعب تشغيل الأداء الممتاز للعديد من الأجهزة الجديدة.

يقدم ما يلي بعض الوظائف الخاصة التي يمكن أن توفرها أداة PROTEL99 SE.

(1) يجب ثني الرصاص بين دبابيس جهاز الدائرة عالية التردد بأقل قدر ممكن. من الأفضل استخدام خط مستقيم كامل. عند الحاجة إلى الانحناء ، يمكن استخدام الانحناءات أو الأقواس بزاوية 45 درجة ، والتي يمكن أن تقلل من البث الخارجي للإشارات عالية التردد والتداخل المتبادل. اقتران بين. عند استخدام PROTEL للتوجيه ، يمكنك تحديد 45 درجة أو مدورة في “زوايا التوجيه” في قائمة “القواعد” في قائمة “التصميم”. يمكنك أيضًا استخدام مفتاحي shift + space للتبديل بسرعة بين السطور.

(2) كلما كان الرصاص أقصر بين دبابيس جهاز الدائرة عالية التردد ، كان ذلك أفضل.

PROTEL 99 الطريقة الأكثر فاعلية لتلبية أقصر الأسلاك هي تحديد موعد الأسلاك للشبكات الرئيسية الفردية عالية السرعة قبل توصيل الأسلاك تلقائيًا. “طوبولوجيا RouTIng” في “القواعد” في قائمة “التصميم”

حدد الأقصر.

(3) يكون تناوب طبقات الرصاص بين دبابيس أجهزة الدوائر عالية التردد صغيرًا قدر الإمكان. أي أنه كلما قل عدد شرائح التوصيل المستخدمة في عملية توصيل المكونات ، كان ذلك أفضل.

يمكن أن يؤدي واحد عبر إلى حوالي 0.5pF من السعة الموزعة ، ويمكن أن يؤدي تقليل عدد الفتحات إلى زيادة السرعة بشكل كبير.

(4) بالنسبة لأسلاك الدائرة عالية التردد ، انتبه إلى “التداخل المتقاطع” الذي يتم تقديمه بواسطة الأسلاك الموازية لخط الإشارة ، أي الحديث المتبادل. إذا كان التوزيع المتوازي أمرًا لا مفر منه ، فيمكن ترتيب مساحة كبيرة من “الأرض” على الجانب الآخر من خط الإشارة المتوازي

لتقليل التداخل بشكل كبير. يكاد لا يمكن تجنب الأسلاك المتوازية في نفس الطبقة ، ولكن في طبقتين متجاورتين ، يجب أن يكون اتجاه الأسلاك متعامدة مع بعضها البعض. ليس من الصعب القيام بذلك في PROTEL ولكن من السهل التغاضي عنه. في قائمة “RouTIngLayers” في “قواعد” قائمة “التصميم” ، حدد Horizontal for Toplayer و VerTIcal لـ BottomLayer. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير “الطائرة المضلعة” في “المكان”

وظيفة سطح رقائق النحاس النحاسية المضلعة ، إذا قمت بوضع المضلع كسطح للوحة الدائرة المطبوعة بأكملها ، وقمت بتوصيل هذا النحاس بـ GND للدائرة ، فيمكنه تحسين قدرة مكافحة التداخل عالية التردد ، كما أنه يحتوي على فوائد أكبر لتبديد الحرارة وقوة لوحة الطباعة.

(5) تنفيذ تدابير حاوية الأسلاك الأرضية لخطوط الإشارة المهمة بشكل خاص أو الوحدات المحلية. يتم توفير “الكائنات المحددة المخطط التفصيلي” في “الأدوات” ، ويمكن استخدام هذه الوظيفة تلقائيًا “لف الأرض” لخطوط الإشارة المهمة المحددة (مثل دائرة التذبذب LT و X1).

(6) بشكل عام ، يكون خط الطاقة وخط التأريض للدائرة أوسع من خط الإشارة. يمكنك استخدام “الفئات” في قائمة “التصميم” لتصنيف الشبكة ، والتي تنقسم إلى شبكة طاقة وشبكة إشارة. من الملائم وضع قواعد الأسلاك. تبديل عرض خط الطاقة وخط الإشارة.

(7) لا يمكن أن تشكل أنواع مختلفة من الأسلاك حلقة ، ولا يمكن أن يشكل السلك الأرضي حلقة حالية. إذا تم إنشاء دائرة حلقية ، فسوف تتسبب في الكثير من التداخل في النظام. يمكن استخدام طريقة الأسلاك المتسلسلة المتسلسلة لهذا الغرض ، والتي يمكن أن تتجنب بشكل فعال تشكيل الحلقات أو الفروع أو جذوع الأشجار أثناء الأسلاك ، ولكنها ستؤدي أيضًا إلى مشكلة عدم سهولة الأسلاك.

(8) وفقًا لبيانات وتصميم الرقائق المختلفة ، قم بتقدير التيار الذي تمر به دائرة إمداد الطاقة وحدد عرض السلك المطلوب. وفقًا للصيغة التجريبية: W (عرض الخط) ≥ L (mm / A) × I (A).

وفقًا للتيار ، حاول زيادة عرض خط الطاقة وتقليل مقاومة الحلقة. في نفس الوقت ، اجعل اتجاه خط الطاقة والخط الأرضي متسقًا مع اتجاه نقل البيانات ، مما يساعد على تعزيز القدرة على مقاومة الضوضاء. عند الضرورة ، يمكن إضافة جهاز خنق عالي التردد مصنوع من سلك نحاسي ملفوف إلى خط الطاقة والخط الأرضي لمنع توصيل الضوضاء عالية التردد.

(9) يجب أن يظل عرض الأسلاك لنفس الشبكة كما هو. ستؤدي الاختلافات في عرض الخط إلى مقاومة خصائص الخط غير المستوية. عندما تكون سرعة النقل عالية ، سيحدث انعكاس ، والذي يجب تجنبه قدر الإمكان في التصميم. في نفس الوقت ، قم بزيادة عرض خط الخطوط المتوازية. عندما لا تتجاوز مسافة مركز الخط 3 أضعاف عرض الخط ، يمكن الحفاظ على 70٪ من المجال الكهربائي دون تدخل متبادل ، وهو ما يسمى مبدأ 3W. بهذه الطريقة ، يمكن التغلب على تأثير السعة الموزعة والحث الموزع الناجم عن الخطوط المتوازية.

4 تصميم سلك الطاقة والسلك الأرضي

من أجل حل انخفاض الجهد الناجم عن ضوضاء مصدر الطاقة ومقاومة الخط التي تقدمها دائرة التردد العالي ، يجب مراعاة موثوقية نظام إمداد الطاقة في الدائرة عالية التردد بشكل كامل. يوجد حلان بشكل عام: الأول هو استخدام تقنية ناقل الطاقة للأسلاك ؛ والآخر هو استخدام طبقة إمداد طاقة منفصلة. بالمقارنة ، فإن عملية التصنيع الخاصة بالأخير أكثر تعقيدًا والتكلفة أغلى. لذلك ، يمكن استخدام تقنية ناقل الطاقة من نوع الشبكة للأسلاك ، بحيث ينتمي كل مكون إلى حلقة مختلفة ، ويميل التيار في كل ناقل على الشبكة إلى التوازن ، مما يقلل من انخفاض الجهد الناتج عن مقاومة الخط.

قوة النقل عالية التردد كبيرة نسبيًا ، يمكنك استخدام مساحة كبيرة من النحاس ، والعثور على مستوى أرضي منخفض المقاومة في مكان قريب للتأريض المتعدد. نظرًا لأن محاثة سلك التأريض يتناسب مع التردد والطول ، ستزداد مقاومة الأرض المشتركة عندما يكون تردد التشغيل مرتفعًا ، مما سيزيد من التداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن مقاومة الأرض المشتركة ، وبالتالي فإن طول السلك الأرضي يكون يجب أن تكون قصيرة قدر الإمكان. حاول تقليل طول خط الإشارة وزيادة مساحة الحلقة الأرضية.

قم بتعيين واحد أو أكثر من مكثفات الفصل عالية التردد على طاقة وأرض الرقاقة لتوفير قناة عالية التردد قريبة للتيار العابر للرقاقة المدمجة ، بحيث لا يمر التيار عبر خط إمداد الطاقة بحلقة كبيرة المنطقة ، وبالتالي تقليل الضوضاء المنبعثة إلى الخارج بشكل كبير. اختر مكثفات خزفية متجانسة بإشارات جيدة عالية التردد كمكثفات فصل. استخدم مكثفات التنتالوم ذات السعة الكبيرة أو مكثفات البوليستر بدلاً من المكثفات الإلكتروليتية كمكثفات تخزين الطاقة لشحن الدائرة. نظرًا لأن الحث الموزع للمكثف الإلكتروليتي كبير ، فهو غير صالح للتردد العالي. عند استخدام المكثفات الإلكتروليتية ، استخدمها في أزواج مع مكثفات الفصل ذات الخصائص الجيدة عالية التردد.

5 تقنيات أخرى لتصميم الدوائر عالية السرعة

تشير مطابقة المعاوقة إلى حالة العمل التي يتم فيها تكييف مقاومة الحمل والمقاومة الداخلية لمصدر الإثارة مع بعضها البعض للحصول على أقصى خرج للطاقة. بالنسبة لأسلاك PCB عالية السرعة ، من أجل منع انعكاس الإشارة ، يجب أن تكون مقاومة الدائرة 50 Ω. هذا رقم تقريبي. بشكل عام ، يشترط أن يكون النطاق الأساسي للكابل المحوري 50 Ω ، ونطاق التردد 75 Ω ، والسلك الملتوي 100. إنه مجرد عدد صحيح ، لراحة المطابقة. وفقًا لتحليل الدائرة المحدد ، تم اعتماد إنهاء التيار المتردد المتوازي ، ويتم استخدام شبكة المقاومة والمكثف كمقاومة إنهاء. يجب أن تكون مقاومة الإنهاء R أقل من أو تساوي مقاومة خط النقل Z0 ، ويجب أن تكون السعة C أكبر من 100 pF. يوصى باستخدام مكثفات سيراميك متعددة الطبقات 0.1 فائق التوهج. المكثف لديه وظيفة منع التردد المنخفض وتمرير التردد العالي ، وبالتالي فإن المقاومة R ليست حمل التيار المستمر لمصدر القيادة ، لذلك لا تحتوي طريقة الإنهاء هذه على أي استهلاك للتيار المستمر.

يشير الحديث المتبادل إلى تداخل ضوضاء الجهد غير المرغوب فيه الناجم عن الاقتران الكهرومغناطيسي بخطوط النقل المجاورة عندما تنتشر الإشارة على خط النقل. اقتران ينقسم إلى اقتران بالسعة والاقتران الاستقرائي. قد يتسبب الحديث المتبادل المفرط في تشغيل خاطئ للدائرة ويؤدي إلى فشل النظام في العمل بشكل طبيعي. وفقًا لبعض خصائص الحديث المتبادل ، يمكن تلخيص عدة طرق رئيسية لتقليل الحديث المتبادل:

(1) زيادة تباعد الأسطر ، وتقليل الطول المتوازي ، واستخدام طريقة jog لتوصيل الأسلاك إذا لزم الأمر.

(2) عندما تفي خطوط الإشارة عالية السرعة بالشروط ، يمكن أن تؤدي إضافة مطابقة النهاية إلى تقليل الانعكاسات أو إزالتها ، وبالتالي تقليل الحديث المتبادل.

(3) بالنسبة لخطوط نقل microstrip وخطوط نقل الشريط ، فإن تقييد ارتفاع التتبع داخل النطاق فوق مستوى الأرض يمكن أن يقلل بشكل كبير من الحديث المتبادل.

(4) عندما تسمح مساحة الأسلاك ، أدخل سلكًا أرضيًا بين السلكين مع تداخل أكثر جدية ، والذي يمكن أن يلعب دورًا في العزلة ويقلل من الحديث المتبادل.

نظرًا لعدم وجود تحليل عالي السرعة وإرشادات المحاكاة في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدي ، لا يمكن ضمان جودة الإشارة ، ولا يمكن اكتشاف معظم المشكلات حتى اختبار صناعة الألواح. هذا يقلل بشكل كبير من كفاءة التصميم ويزيد من التكلفة ، وهو أمر غير موات بشكل واضح في المنافسة الشرسة في السوق. لذلك ، بالنسبة لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة ، اقترح الأشخاص في الصناعة فكرة تصميم جديدة ، والتي أصبحت طريقة تصميم “من أعلى إلى أسفل”. بعد مجموعة متنوعة من تحليل السياسات والتحسين ، تم تجنب معظم المشاكل المحتملة وتم تحقيق الكثير من المدخرات. حان الوقت لضمان استيفاء ميزانية المشروع ، وإنتاج لوحات مطبوعة عالية الجودة ، وتجنب أخطاء الاختبار المملة والمكلفة.

يعد استخدام الخطوط التفاضلية لنقل الإشارات الرقمية إجراءً فعالاً للتحكم في العوامل التي تدمر سلامة الإشارة في الدوائر الرقمية عالية السرعة. الخط التفاضلي على لوحة الدوائر المطبوعة مكافئ لزوج خط نقل تفاضلي متكامل يعمل بالميكروويف يعمل في وضع شبه TEM. من بينها ، الخط التفاضلي الموجود أعلى أو أسفل PCB مكافئ لخط microstrip المقترن ويقع على الطبقة الداخلية من PCB متعدد الطبقات. يتم إرسال الإشارة الرقمية على الخط التفاضلي في وضع الإرسال الفردي ، أي أن فرق الطور بين الإشارات الإيجابية والسلبية هو 180 درجة ، والضوضاء مقترنة بزوج من الخطوط التفاضلية في وضع شائع. يتم طرح الجهد أو التيار للدائرة ، بحيث يمكن الحصول على الإشارة للتخلص من ضوضاء الوضع الشائع. السعة ذات الجهد المنخفض أو خرج المحرك الحالي لزوج الخط التفاضلي يلبي متطلبات التكامل عالي السرعة واستهلاك الطاقة المنخفض.

6 ملاحظات ختامية

With the continuous development of electronic technology, it is imperative to understand the theory of signal integrity to guide and verify the design of high-speed PCBs. Some experience summarized in this article can help high-speed circuit PCB designers shorten the development cycle, avoid unnecessary detours, and save manpower and material resources. Designers must continue to research and explore in actual work, continue to accumulate experience, and combine new technologies to design high-speed PCB circuit boards with excellent performance.