1 въпроси

С мащабното увеличаване на сложността на дизайна и интегрирането на електронни системи, тактовите честоти и времето на нарастване на устройството стават все по-бързи и високоскоростна печатна платка дизайнът се превърна във важна част от процеса на проектиране. При проектирането на високоскоростни вериги индуктивността и капацитетът на линията на платката правят проводника еквивалентен на преносна линия. Неправилното разположение на крайните компоненти или неправилното окабеляване на високоскоростни сигнали могат да причинят проблеми с ефекта на преносната линия, което води до неправилно извеждане на данни от системата, ненормална работа на веригата или дори да не работи изобщо. На базата на модела на преносната линия, за да обобщим, предавателната линия ще доведе до неблагоприятни ефекти като отражение на сигнала, кръстосани смущения, електромагнитни смущения, захранване и шум от земята към дизайна на веригата.

За да се проектира високоскоростна печатна платка, която може да работи надеждно, дизайнът трябва да бъде изцяло и внимателно обмислен, за да се решат някои ненадеждни проблеми, които могат да възникнат по време на оформлението и маршрутизирането, да се съкрати цикълът на разработка на продукта и да се подобри конкурентоспособността на пазара.

Как да използвате инструменти за проектиране на PROTEL за високоскоростно проектиране на печатни платки

2 Оформление на високочестотна система

В дизайна на печатни платки на веригата, оформлението е важна връзка. Резултатът от оформлението ще повлияе пряко върху ефекта на окабеляването и надеждността на системата, което е най-отнемащото време и трудно в целия дизайн на печатна платка. Сложната среда на високочестотна печатна платка прави дизайна на оформлението на високочестотната система труден за използване на научените теоретични знания. Това изисква лицето, което излага, да има богат опит в производството на високоскоростни печатни платки, за да се избегнат заобикаляния в процеса на проектиране. Подобрете надеждността и ефективността на работата на веригата. В процеса на оформление трябва да се обърне цялостно внимание на механичната структура, разсейването на топлината, електромагнитните смущения, удобството на бъдещото окабеляване и естетиката.

На първо място, преди оформлението, цялата верига е разделена на функции. Високочестотната верига е отделена от нискочестотната, а аналоговата и цифровата верига са разделени. Всяка функционална верига е поставена възможно най-близо до центъра на чипа. Избягвайте забавяне на предаването, причинено от прекалено дълги проводници, и подобрете ефекта на разделяне на кондензаторите. В допълнение, обърнете внимание на относителните позиции и посоки между щифтовете и компонентите на веригата и други тръби, за да намалите тяхното взаимно влияние. Всички високочестотни компоненти трябва да са далеч от шасито и други метални пластини, за да се намали паразитното свързване.

Второ, трябва да се обърне внимание на топлинните и електромагнитните ефекти между компонентите по време на оформлението. Тези ефекти са особено сериозни за високочестотните системи и трябва да се вземат мерки за държане или изолиране, топлина и екраниране. Токоизправителната и регулиращата тръба с висока мощност трябва да бъдат оборудвани с радиатор и да се държат далеч от трансформатора. Топлоустойчивите компоненти като електролитни кондензатори трябва да се държат далеч от нагревателните компоненти, в противен случай електролитът ще изсъхне, което ще доведе до повишено съпротивление и лоша производителност, което ще повлияе на стабилността на веригата. В оформлението трябва да се остави достатъчно място за подреждане на защитната конструкция и предотвратяване на въвеждането на различни паразитни съединения. За да се предотврати електромагнитно свързване между намотките на печатната платка, двете намотки трябва да бъдат поставени под прав ъгъл, за да се намали коефициентът на свързване. Може да се използва и методът на вертикална плоча изолация. Най-добре е директно да използвате проводника на компонента, който ще бъде запоен към веригата. Колкото по-къса е преднината, толкова по-добре. Не използвайте конектори и щифтове за запояване, защото има разпределен капацитет и разпределена индуктивност между съседните щифтове за запояване. Избягвайте поставянето на компоненти с висок шум около кристалния осцилатор, RIN, аналоговото напрежение и сигналните следи на референтното напрежение.

И накрая, като се гарантира присъщото качество и надеждност, като се вземе предвид цялостната красота, трябва да се извърши разумно планиране на платката. Компонентите трябва да са успоредни или перпендикулярни на повърхността на дъската и успоредни или перпендикулярни на ръба на основната дъска. Разпределението на компонентите върху повърхността на дъската трябва да бъде възможно най-равномерно, а плътността трябва да бъде постоянна. По този начин той е не само красив, но и лесен за сглобяване и заваряване и е лесен за масово производство.

3 Окабеляване на високочестотна система

При високочестотни вериги не могат да бъдат пренебрегнати параметрите на разпределение на съпротивление, капацитет, индуктивност и взаимна индуктивност на свързващите проводници. От гледна точка на защитата от смущения, разумното окабеляване е да се опита да намали съпротивлението на линията, разпределения капацитет и разсеяната индуктивност във веригата. , Полученото разсеяно магнитно поле се намалява до минимум, така че разпределеният капацитет, магнитният поток на изтичане, електромагнитната взаимна индуктивност и други смущения, причинени от шум, са потиснати.

Прилагането на инструменти за проектиране на PROTEL в Китай е доста често срещано явление. Въпреки това, много дизайнери се фокусират само върху „скорост на широколентовия достъп“, а подобренията, направени от инструментите за проектиране на PROTEL, за да се адаптират към промените в характеристиките на устройството, не са използвани при проектирането, което не само прави загубата на ресурси на инструментите за проектиране повече сериозно, което затруднява въвеждането в игра на отличната производителност на много нови устройства.

Следващото представя някои специални функции, които инструментът PROTEL99 SE може да предостави.

(1) Проводът между щифтовете на устройството с високочестотна верига трябва да бъде огънат възможно най-малко. Най-добре е да използвате пълна права линия. Когато е необходимо огъване, могат да се използват 45° завои или дъги, които могат да намалят външното излъчване на високочестотни сигнали и взаимните смущения. Свързването между. Когато използвате PROTEL за маршрутизиране, можете да изберете 45-градуси или закръглени в “Routing Corners” в менюто “rules” на менюто “Design”. Можете също да използвате клавишите shift + интервал за бързо превключване между редовете.

(2) Колкото по-къс е проводникът между щифтовете на устройството с високочестотна верига, толкова по-добре.

PROTEL 99 Най-ефективният начин да посрещнете най-късото окабеляване е да уговорите среща за окабеляване за отделни ключови високоскоростни мрежи преди автоматичното окабеляване. „Топология на маршрутизиране“ в „правила“ в меню „Дизайн“.

Изберете най-краткия.

(3) Редуването на оловни слоеве между изводите на устройствата с високочестотна верига е възможно най-малко. Тоест, колкото по-малко се използват в процеса на свързване на компонентите, толкова по-добре.

Един вход може да донесе около 0.5pF разпределен капацитет, а намаляването на броя на входовете може значително да увеличи скоростта.

(4) За окабеляване на високочестотна верига, обърнете внимание на „кръстосаните смущения“, въведени от паралелното окабеляване на сигналната линия, тоест кръстосаните смущения. Ако паралелното разпределение е неизбежно, голяма площ от „земя“ може да бъде подредена от противоположната страна на паралелната сигнална линия

За значително намаляване на смущенията. Паралелното окабеляване в един и същи слой е почти неизбежно, но в два съседни слоя посоката на окабеляването трябва да е перпендикулярна един на друг. Това не е трудно да се направи в PROTEL, но е лесно да се пренебрегне. В „RouTingLayers“ в меню „Design“ „rules“ изберете Horizontal за Toplayer и VerTIcal за BottomLayer. В допълнение, „Polygonplane“ се предоставя на „place“

Функцията на повърхността на полигоналната мрежа от медно фолио, ако поставите полигона като повърхност на цялата печатна платка и свържете тази мед към GND на веригата, тя може да подобри високочестотната способност против смущения, тя също има по-големи ползи за разсейването на топлината и здравината на печатната платка.

(5) Прилагане на мерки за заземяване на проводници за особено важни сигнални линии или локални единици. „Очертаване на избрани обекти“ е предоставено в „Инструменти“ и тази функция може да се използва за автоматично „обвиване на земята“ на избраните важни сигнални линии (като осцилационна верига LT и X1).

(6) Обикновено електропроводът и заземителната линия на веригата са по-широки от сигналната линия. Можете да използвате „Класове“ в менюто „Дизайн“, за да класифицирате мрежата, която е разделена на електрическа мрежа и сигнална мрежа. Удобно е да зададете правилата за окабеляване. Превключете ширината на линията на електропровода и сигналната линия.

(7) Различните видове окабеляване не могат да образуват контур, а заземителният проводник не може да образува токов контур. Ако се генерира кръгова верига, това ще причини много смущения в системата. За това може да се използва метод за окабеляване с маргаритна верига, който ефективно може да избегне образуването на бримки, клони или пънове по време на окабеляването, но също така ще доведе до проблема с не лесното окабеляване.

(8) Според данните и дизайна на различни чипове оценете тока, преминаващ от веригата на захранването и определете необходимата ширина на проводника. Съгласно емпиричната формула: W (ширина на линията) ≥ L (mm/A) × I (A).

Според тока се опитайте да увеличите ширината на електропровода и да намалите съпротивлението на контура. В същото време направете посоката на електропровода и заземяващата линия в съответствие с посоката на предаване на данни, което спомага за подобряване на способността срещу шума. Когато е необходимо, към електропровода и заземяващата линия може да се добави високочестотен дросел, направен от ферит от медна тел, за да блокира провеждането на високочестотен шум.

(9) Ширината на окабеляването на същата мрежа трябва да се запази същата. Промените в ширината на линията ще причинят неравномерен импеданс на линията. Когато скоростта на предаване е висока, ще настъпи отражение, което трябва да се избягва колкото е възможно повече в дизайна. В същото време увеличете ширината на линията на успоредните линии. Когато разстоянието между центъра на линията не надвишава 3 пъти ширината на линията, 70% от електрическото поле може да се поддържа без взаимни смущения, което се нарича 3W принцип. По този начин може да се преодолее влиянието на разпределения капацитет и разпределената индуктивност, причинени от успоредни линии.

4 Проектиране на захранващ кабел и заземяващ проводник

За да се реши спада на напрежението, причинен от шума на захранването и импеданса на линията, въведени от високочестотната верига, трябва напълно да се вземе предвид надеждността на захранващата система във високочестотната верига. Като цяло има две решения: едното е да се използва технологията на захранващата шина за окабеляване; другият е да се използва отделен слой за захранване. За сравнение, производственият процес на последния е по-сложен и цената е по-скъпа. Следователно, технологията на захранващата шина от мрежов тип може да се използва за окабеляване, така че всеки компонент да принадлежи към различен контур и токът на всяка шина в мрежата има тенденция да бъде балансиран, намалявайки спада на напрежението, причинен от импеданса на линията.

Високочестотната предавателна мощност е сравнително голяма, можете да използвате голяма площ от мед и да намерите наблизо заземителна плоскост с ниско съпротивление за многократно заземяване. Тъй като индуктивността на заземяващия проводник е пропорционална на честотата и дължината, общият импеданс на заземяването ще се увеличи, когато работната честота е висока, което ще увеличи електромагнитните смущения, генерирани от общия импеданс на заземяването, така че дължината на заземяващия проводник е се изисква да бъде възможно най-кратък. Опитайте се да намалите дължината на сигналната линия и да увеличите площта на заземяващия контур.

Задайте един или няколко високочестотни разделящи кондензатора на захранването и земята на чипа, за да осигурите близък високочестотен канал за преходния ток на интегрирания чип, така че токът да не преминава през захранващата линия с голям контур площ, като по този начин значително намалява шума, излъчван навън. Изберете монолитни керамични кондензатори с добри високочестотни сигнали като разделящи кондензатори. Използвайте танталови кондензатори с голям капацитет или полиестерни кондензатори вместо електролитни кондензатори като кондензатори за съхранение на енергия за зареждане на веригата. Тъй като разпределената индуктивност на електролитния кондензатор е голяма, тя е невалидна за висока честота. Когато използвате електролитни кондензатори, използвайте ги в двойки с разделителни кондензатори с добри високочестотни характеристики.

5 Други техники за проектиране на високоскоростни вериги

Съвпадението на импеданса се отнася до работно състояние, при което импедансът на товара и вътрешният импеданс на източника на възбуждане са адаптирани един към друг, за да се получи максимална изходна мощност. За високоскоростно окабеляване на печатни платки, за да се предотврати отражението на сигнала, импедансът на веригата трябва да бъде 50 Ω. Това е приблизителна цифра. По принцип е предвидено, че основната лента на коаксиалния кабел е 50 Ω, честотната лента е 75 Ω, а усуканият проводник е 100 Ω. Това е просто цяло число за удобство на съпоставянето. Съгласно анализа на специфичната верига се приема паралелното завършване на променлив ток, а резисторната и кондензаторната мрежа се използват като импеданс на прекратяване. Крайното съпротивление R трябва да бъде по-малко или равно на импеданса на преносната линия Z0, а капацитетът C трябва да бъде по-голям от 100 pF. Препоръчва се използването на 0.1UF многослойни керамични кондензатори. Кондензаторът има функцията да блокира ниска честота и преминаване на висока честота, така че съпротивлението R не е DC натоварването на източника на задвижване, така че този метод на прекратяване няма никаква консумация на постоянен ток.

Кръстосаните смущения се отнасят до нежеланата интерференция на напрежението, причинена от електромагнитно свързване към съседни предавателни линии, когато сигналът се разпространява по предавателната линия. Свързването се разделя на капацитивно свързване и индуктивно свързване. Прекомерните кръстосани смущения могат да причинят фалшиво задействане на веригата и да накара системата да не работи нормално. Според някои характеристики на кръстосаните смущения могат да бъдат обобщени няколко основни метода за намаляване на кръстосаните смущения:

(1) Увеличете разстоянието между линиите, намалете дължината на паралела и използвайте метода на движение за окабеляване, ако е необходимо.

(2) Когато високоскоростните сигнални линии отговарят на условията, добавянето на съвпадение на термини може да намали или елиминира отраженията, като по този начин намали кръстосаните смущения.

(3) За микролентови предавателни линии и лентови линии за предаване, ограничаването на височината на трасето до обхвата над земната равнина може значително да намали кръстосаните смущения.

(4) Когато пространството за окабеляване позволява, поставете заземяващ проводник между двата проводника с по-сериозни напречни смущения, които могат да играят роля за изолиране и намаляване на кръстосаните смущения.

Поради липсата на високоскоростен анализ и насоки за симулация в традиционния дизайн на печатни платки, качеството на сигнала не може да бъде гарантирано и повечето от проблемите не могат да бъдат открити до теста за изработка на плочи. Това значително намалява ефективността на проектиране и увеличава цената, което очевидно е неблагоприятно в ожесточената пазарна конкуренция. Следователно, за високоскоростно проектиране на печатни платки, хората в индустрията предложиха нова идея за дизайн, която се превърна в метод за проектиране отгоре надолу. След различни анализи и оптимизации на политиката повечето от възможните проблеми бяха избегнати и бяха направени много спестявания. Време е да се гарантира, че бюджетът на проекта е изпълнен, да се произвеждат висококачествени печатни платки и да се избягват досадни и скъпи грешки при тестване.

Използването на диференциални линии за предаване на цифрови сигнали е ефективна мярка за контрол на фактори, които разрушават целостта на сигнала във високоскоростните цифрови схеми. Диференциалната линия на печатната платка е еквивалентна на диференциална микровълнова интегрирана преносна двойка, работеща в квази-TEM режим. Сред тях диференциалната линия в горната или долната част на печатната платка е еквивалентна на свързаната микролентова линия и е разположена върху вътрешния слой на многослойната печатна платка. Цифровият сигнал се предава по диференциалната линия в нечетен режим на предаване, тоест фазовата разлика между положителните и отрицателните сигнали е 180°, а шумът се свързва на двойка диференциални линии в общ режим. Напрежението или токът на веригата се изважда, така че може да се получи сигналът за елиминиране на шума в общ режим. Амплитудата на ниско напрежение или токовия изход на диференциалната двойка линии отговаря на изискванията за високоскоростно интегриране и ниска консумация на енергия.

6 заключителни бележки

С непрекъснатото развитие на електронните технологии е наложително да се разбере теорията за целостта на сигнала, за да се ръководи и проверява дизайна на високоскоростни печатни платки. Известен опит, обобщен в тази статия, може да помогне на дизайнерите на високоскоростни схеми на печатни платки да съкратят цикъла на разработка, да избегнат ненужни заобикалки и да спестят работна сила и материални ресурси. Дизайнерите трябва да продължат да проучват и изследват в реалната работа, да продължат да натрупват опит и да комбинират нови технологии за проектиране на високоскоростни печатни платки с отлична производителност.