Trenutno, visokofrekventni i PCB velike brzine dizajn je postao mejnstrim, a svaki inženjer PCB Layout-a treba da bude stručan. Zatim će Banermei podijeliti s vama dio dizajnerskog iskustva stručnjaka za hardver u visokofrekventnim i brzim PCB krugovima, i nadam se da će svima biti od pomoći.

1. Kako izbjeći visokofrekventne smetnje?

Osnovna ideja izbjegavanja visokofrekventnih smetnji je minimiziranje smetnji elektromagnetskog polja visokofrekventnih signala, što je takozvano preslušavanje (Crosstalk). Možete povećati udaljenost između brzog signala i analognog signala ili dodati tragove zaštite/ranžiranja uz analogni signal. Također obratite pažnju na smetnje šuma od digitalnog uzemljenja do analognog uzemljenja.

2. Kako uzeti u obzir usklađivanje impedancije pri dizajniranju shema dizajna PCB-a velike brzine?

Prilikom projektovanja brzih PCB kola, usklađivanje impedancije je jedan od elemenata dizajna. Vrijednost impedance ima apsolutnu vezu s metodom ožičenja, kao što je hodanje po površinskom sloju (mikrotrakasta) ili unutrašnjem sloju (trakasta/dvostruka trakasta linija), udaljenost od referentnog sloja (sloj napajanja ili sloj zemlje), širina ožičenja, materijal PCB-a , itd. Oba će uticati na karakterističnu vrijednost impedanse traga. Odnosno, vrijednost impedance može se odrediti samo nakon ožičenja. Općenito, softver za simulaciju ne može uzeti u obzir neke uvjete ožičenja s diskontinuiranom impedancijom zbog ograničenja modela kola ili korištenog matematičkog algoritma. U ovom trenutku, samo neki terminatori (terminacija), kao što je serijski otpor, mogu biti rezervisani na šematskom dijagramu. Ublažite efekat diskontinuiteta u impedansi traga. Pravo rješenje problema je pokušati izbjeći diskontinuitet impedancije prilikom ožičenja.

3. U dizajnu PCB-a velike brzine, koje aspekte bi dizajner trebao uzeti u obzir EMC i EMI pravila?

Generalno, EMI/EMC dizajn treba da uzme u obzir i zračene i provodne aspekte u isto vreme. Prvi pripada visokofrekventnom dijelu (<30MHz), a drugi dio niže frekvencije (<30MHz). Dakle, ne možete samo obratiti pažnju na visoke frekvencije i zanemariti dio niske frekvencije. Dobar EMI/EMC dizajn mora uzeti u obzir lokaciju uređaja, raspored PCB steka, važan način povezivanja, odabir uređaja, itd. na početku izgleda. Ako prethodno ne bude boljeg dogovora, to će se riješiti naknadno. To će postići dvostruko veći rezultat uz upola manje truda i povećati cijenu. Na primjer, lokacija generatora takta ne bi trebala biti blizu vanjskog konektora. Brzi signali bi trebali ići do unutrašnjeg sloja što je više moguće. Obratite pažnju na usklađivanje karakteristične impedancije i kontinuitet referentnog sloja kako biste smanjili refleksije. Brzina povećanja signala koji gura uređaj treba biti što je moguće manja kako bi se smanjila visina. Frekventne komponente, kada birate kondenzator za razdvajanje/premosnicu, obratite pažnju na to da li njegov frekventni odziv zadovoljava zahtjeve za smanjenje buke na energetskom planu. Osim toga, obratite pažnju na povratni put visokofrekventne signalne struje kako biste područje petlje učinili što manjim (odnosno, impedanciju petlje što je moguće manjom) kako biste smanjili zračenje. Tlo se također može podijeliti za kontrolu opsega visokofrekventne buke. Na kraju, pravilno odaberite uzemljenje kućišta između PCB-a i kućišta.

4. Kako odabrati PCB ploču?

Izbor PCB ploče mora uspostaviti ravnotežu između ispunjavanja zahtjeva dizajna i masovne proizvodnje i troškova. Zahtjevi dizajna uključuju i električne i mehaničke dijelove. Obično je ovaj materijalni problem važniji kada se projektuju vrlo brze PCB ploče (frekvencija veća od GHz). Na primjer, najčešće korišteni FR-4 materijal, dielektrični gubitak na frekvenciji od nekoliko GHz će imati veliki utjecaj na slabljenje signala i možda neće biti prikladan. Što se tiče električne energije, obratite pažnju da li su dielektrična konstanta i dielektrični gubici prikladni za projektovanu frekvenciju.

5. Kako zadovoljiti EMC zahtjeve što je više moguće bez izazivanja prevelikog pritiska troškova?

Povećana cijena PCB ploče zbog EMC-a obično je posljedica povećanja broja slojeva uzemljenja radi poboljšanja efekta zaštite i dodavanja feritnih perli, prigušnica i drugih visokofrekventnih uređaja za suzbijanje harmonika. Osim toga, obično je potrebno uskladiti zaštitnu strukturu na drugim institucijama kako bi cijeli sistem zadovoljio EMC zahtjeve. Sljedeće daje samo nekoliko tehnika dizajna PCB ploče za smanjenje efekta elektromagnetnog zračenja koje generiše kolo.

Pokušajte odabrati uređaj sa sporijom stopom usporavanja signala kako biste smanjili komponente visoke frekvencije koje generira signal.

Obratite pažnju na postavljanje visokofrekventnih komponenti, ne preblizu eksternog konektora.

Obratite pažnju na usklađivanje impedancije signala velike brzine, sloja ožičenja i njegove povratne struje, kako biste smanjili visokofrekventnu refleksiju i zračenje.

Postavite dovoljne i odgovarajuće kondenzatore za razdvajanje na pinove napajanja svakog uređaja kako biste ublažili šum na razini napajanja i uzemljenja. Obratite posebnu pažnju na to da li frekvencijski odziv i temperaturne karakteristike kondenzatora zadovoljavaju zahtjeve dizajna.

Uzemljenje u blizini eksternog konektora može se pravilno odvojiti od zemlje, a uzemljenje konektora može biti povezano sa uzemljenjem šasije u blizini.

Tragovi zaštite/ranžiranja mogu se na odgovarajući način koristiti pored nekih specijalnih signala velike brzine. Ali obratite pažnju na uticaj tragova zaštite/šanta na karakterističnu impedanciju traga.

Sloj snage se smanjuje za 20H od prizemnog sloja, a H je rastojanje između sloja energije i sloja zemlje.

6. Na koje aspekte treba obratiti pažnju prilikom projektovanja, rutiranja i rasporeda PCB-a visoke frekvencije iznad 2G?

Visokofrekventni PCB iznad 2G pripadaju dizajnu radio frekvencijskih kola i nisu u okviru diskusije o dizajnu digitalnih kola velike brzine. Raspored i usmjeravanje radio frekvencijskog kola treba razmotriti zajedno sa šemom, jer će raspored i usmjeravanje uzrokovati efekte distribucije. Štaviše, neki pasivni uređaji u dizajnu radio frekvencijskih kola realizuju se kroz parametrizovane definicije i bakrene folije posebnog oblika. Zbog toga su EDA alati potrebni za obezbjeđivanje parametriziranih uređaja i uređivanje bakrenih folija specijalnog oblika. Mentorova boardstation ima poseban RF modul za dizajn koji može ispuniti ove zahtjeve. Štaviše, opšti RF dizajn zahteva specijalizovane alate za analizu RF kola. Najpoznatiji u industriji je agilentov eesoft, koji ima dobar interfejs sa Mentorovim alatima.

7. Hoće li dodavanje testnih tačaka uticati na kvalitet signala velike brzine?

Da li će to uticati na kvalitet signala zavisi od načina dodavanja test tačaka i koliko je signal brz. U osnovi, dodatne ispitne tačke (nemojte koristiti postojeći via ili DIP pin kao ispitne tačke) mogu se dodati na liniju ili povući kratku liniju iz linije. Prvi je ekvivalentan dodavanju malog kondenzatora na liniju, a drugi je dodatna grana. Oba ova uslova će uticati na signal velike brzine manje ili više, a stepen efekta je povezan sa frekvencijskom brzinom signala i brzinom ivice signala. Veličina uticaja može se znati kroz simulaciju. U principu, što je manja ispitna tačka, to je bolje (naravno, mora zadovoljiti zahtjeve testnog alata) što je kraća grana, to bolje.