1 pitanja

Sa velikim povećanjem složenosti dizajna i integracijom elektronskih sistema, brzine takta i vremena porasta uređaja postaju sve brži i brži, a PCB velike brzine dizajn je postao važan dio procesa dizajna. U dizajnu kola velike brzine, induktivnost i kapacitivnost na liniji pločice čine žicu ekvivalentnom dalekovodu. Neispravan raspored komponenti za završetak ili pogrešno ožičenje signala velike brzine može uzrokovati probleme s efektom dalekovoda, što rezultira netačnim izlazom podataka iz sistema, nenormalnim radom kola ili čak bez rada. Na osnovu modela dalekovoda, da sumiramo, dalekovod će donijeti štetne efekte kao što su refleksija signala, preslušavanje, elektromagnetne smetnje, napajanje i šum uzemljenja na dizajn kola.

Da bi se dizajnirala štampana ploča velike brzine koja može pouzdano raditi, dizajn mora biti u potpunosti i pažljivo razmotren kako bi se riješili neki nepouzdani problemi koji se mogu pojaviti tokom rasporeda i usmjeravanja, skratio ciklus razvoja proizvoda i poboljšala konkurentnost na tržištu.

Kako koristiti PROTEL alate za dizajn za brzo dizajniranje PCB-a

2 Dizajn sistema visoke frekvencije

U dizajnu PCB kola, raspored je važna karika. Rezultat rasporeda direktno će uticati na efekat ožičenja i pouzdanost sistema, što je najzahtjevnije i najteže u cjelokupnom dizajnu tiskane ploče. Složeno okruženje visokofrekventnog PCB-a čini dizajn rasporeda visokofrekventnog sistema teškim za korištenje naučenog teorijskog znanja. Zahtijeva da osoba koja postavlja mora imati bogato iskustvo u brzoj proizvodnji PCB-a, kako bi se izbjegla zaobilaženja u procesu dizajna. Poboljšajte pouzdanost i efikasnost rada kola. U procesu planiranja, potrebno je sveobuhvatno razmotriti mehaničku strukturu, disipaciju toplote, elektromagnetne smetnje, praktičnost budućeg ožičenja i estetiku.

Prije svega, prije rasporeda, cijeli krug je podijeljen na funkcije. Visokofrekventno kolo je odvojeno od niskofrekventnog kola, a analogno i digitalno kolo su odvojene. Svako funkcionalno kolo je postavljeno što bliže centru čipa. Izbjegnite kašnjenje u prijenosu uzrokovano pretjerano dugim žicama i poboljšajte efekat razdvajanja kondenzatora. Osim toga, obratite pažnju na relativne položaje i smjerove između pinova i komponenti kola i drugih cijevi kako biste smanjili njihov međusobni utjecaj. Sve visokofrekventne komponente trebale bi biti udaljene od šasije i drugih metalnih ploča kako bi se smanjilo parazitsko spajanje.

Drugo, treba obratiti pažnju na termičke i elektromagnetne efekte između komponenti tokom postavljanja. Ovi efekti su posebno ozbiljni za visokofrekventne sisteme i potrebno je preduzeti mjere za držanje podalje ili izolaciju, toplinu i zaštitu. Ispravljačka cijev velike snage i cijev za podešavanje trebaju biti opremljene radijatorom i držati dalje od transformatora. Komponente otporne na toplinu kao što su elektrolitski kondenzatori treba držati podalje od komponenti za grijanje, inače će se elektrolit isušiti, što će rezultirati povećanim otporom i lošim performansama, što će utjecati na stabilnost kola. U tlocrtu treba ostaviti dovoljno prostora da se uredi zaštitna konstrukcija i spriječi unošenje raznih parazitnih spojnica. Kako bi se spriječilo elektromagnetno spajanje između zavojnica na tiskanoj ploči, dva namotaja bi trebala biti postavljena pod pravim uglom kako bi se smanjio koeficijent spajanja. Može se koristiti i metoda vertikalne pločaste izolacije. Najbolje je direktno koristiti vod komponente koja se lemi na strujno kolo. Što je vođstvo kraće, to bolje. Nemojte koristiti konektore i jezičke za lemljenje jer postoje raspoređeni kapacitet i raspoređena induktivnost između susjednih jezičaka za lemljenje. Izbjegavajte postavljanje visokošumnih komponenti oko kristalnog oscilatora, RIN-a, analognog napona i signala referentnog napona.

Konačno, uz osiguravanje inherentnog kvaliteta i pouzdanosti, uzimajući u obzir cjelokupnu ljepotu, treba izvršiti razumno planiranje ploča. Komponente treba da budu paralelne ili okomite na površinu ploče, i paralelne ili okomite na ivicu glavne ploče. Raspodjela komponenti na površini ploče treba biti što je moguće ravnomjernija, a gustina dosljedna. Na taj način ne samo da je lijep, već je i jednostavan za sklapanje i zavarivanje, a lako ga je i masovno proizvoditi.

3 Ožičenje sistema visoke frekvencije

U visokofrekventnim kolima ne mogu se zanemariti parametri distribucije otpora, kapacitivnosti, induktivnosti i međusobne induktivnosti spojnih žica. Iz perspektive zaštite od smetnji, razumno ožičenje je pokušati smanjiti otpor linije, distribuirani kapacitet i zalutalu induktivnost u kolu. , Rezultirajuće lutajuće magnetsko polje je svedeno na minimum, tako da se potiskuju distribuirani kapacitet, magnetni tok curenja, međusobna elektromagnetna induktivnost i druge smetnje uzrokovane šumom.

Primena PROTEL alata za projektovanje u Kini bila je prilično česta. Međutim, mnogi dizajneri se fokusiraju samo na „brzinu širokopojasnog pristupa“, a poboljšanja napravljena od strane alata za dizajn PROTEL-a kako bi se prilagodili promjenama karakteristika uređaja nisu korištena u dizajnu, što ne samo da čini rasipanje resursa alata za dizajn još više. ozbiljno, što otežava uvođenje odličnih performansi mnogih novih uređaja.

Sljedeće predstavlja neke posebne funkcije koje PROTEL99 SE alat može pružiti.

(1) Vod između pinova uređaja visokofrekventnog kola treba biti savijen što je manje moguće. Najbolje je koristiti punu ravnu liniju. Kada je potrebno savijanje, mogu se koristiti krivine ili lukovi od 45°, koji mogu smanjiti vanjsku emisiju visokofrekventnih signala i međusobne smetnje. Spoj između. Kada koristite PROTEL za rutiranje, možete odabrati 45 stepeni ili zaobljeno u “Uglovi rutiranja” u meniju “pravila” menija “Dizajn”. Također možete koristiti tipke Shift + razmak za brzo prebacivanje između redova.

(2) Što je kraći vod između pinova visokofrekventnog kola, to bolje.

PROTEL 99 Najefikasniji način da zadovoljite najkraće ožičenje je da zakažete termin ožičenja za pojedinačne ključne mreže velike brzine pre automatskog ožičenja. “Topologija usmjeravanja” u “pravilima” u meniju “Dizajn”.

Odaberite najkraće.

(3) Smjenjivanje slojeva olova između pinova visokofrekventnih sklopova je što je moguće manje. Odnosno, što se manje spojeva koristi u procesu povezivanja komponenti, to bolje.

Jedan prolaz može donijeti oko 0.5pF distribuirane kapacitivnosti, a smanjenje broja vias može značajno povećati brzinu.

(4) Za ožičenje visokofrekventnog kola, obratite pažnju na „unakrsne smetnje“ koje unosi paralelno ožičenje signalne linije, odnosno preslušavanje. Ako je paralelna distribucija neizbježna, velika površina “zemlja” može se rasporediti na suprotnoj strani paralelne signalne linije

Za značajno smanjenje smetnji. Paralelno ožičenje u istom sloju je gotovo neizbježno, ali u dva susjedna sloja, smjer ožičenja mora biti okomit jedan na drugi. Ovo nije teško uraditi u PROTEL-u, ali je lako previdjeti. U “RouTingLayers” u “Dizajn” meniju “pravila”, odaberite Horizontalno za Toplayer i VerTIcal za BottomLayer. Osim toga, “Polygonplane” je obezbeđen na “place”

Funkcija površine bakrene folije poligonalne mreže, ako poligon postavite kao površinu cijele štampane ploče i spojite ovaj bakar na GND kola, može poboljšati sposobnost visoke frekvencije protiv smetnji, također ima veće prednosti za rasipanje toplote i snagu štamparske ploče.

(5) Za posebno važne signalne vodove ili lokalne jedinice implementirati mjere zaštite uzemljenja. “Outline selectedobjects” je dat u “Alati”, a ova funkcija se može koristiti za automatsko “omotavanje zemlje” odabranih važnih signalnih linija (kao što su oscilacijski krug LT i X1).

(6) Općenito, strujni vod i vod uzemljenja kola su širi od signalne linije. Možete koristiti “Klase” u meniju “Dizajn” za klasifikaciju mreže, koja je podijeljena na elektroenergetsku i signalnu mrežu. Pogodno je postaviti pravila ožičenja. Promijenite širinu dalekovoda i signalnog voda.

(7) Različite vrste ožičenja ne mogu formirati petlju, a žica za uzemljenje ne može formirati strujnu petlju. Ako se generira krug petlje, to će uzrokovati velike smetnje u sistemu. Za to se može koristiti metoda ožičenja u nizu, koja može efikasno izbjeći stvaranje petlji, grana ili panjeva tokom ožičenja, ali će također dovesti do problema ne lakog ožičenja.

(8) Prema podacima i dizajnu različitih čipova, procijenite struju koju prolazi strujni krug i odredite potrebnu širinu žice. Prema empirijskoj formuli: W (širina linije) ≥ L (mm/A) × I (A).

U skladu sa strujom, pokušajte povećati širinu dalekovoda i smanjiti otpor petlje. Istovremeno, usmjerite smjer dalekovoda i uzemljenja u skladu sa smjerom prijenosa podataka, što pomaže u poboljšanju sposobnosti zaštite od buke. Kada je potrebno, visokofrekventni prigušivač napravljen od ferita namotanog bakrenom žicom može se dodati na dalekovod i uzemljenje kako bi se blokiralo provođenje visokofrekventnog šuma.

(9) Širina ožičenja iste mreže treba ostati ista. Varijacije u širini linije će uzrokovati neujednačenu karakterističnu impedanciju linije. Kada je brzina prijenosa velika, doći će do refleksije, koju treba izbjegavati koliko god je to moguće u dizajnu. Istovremeno povećajte širinu linije paralelnih linija. Kada središnja udaljenost linije ne prelazi 3 puta širinu linije, 70% električnog polja može se održati bez međusobne smetnje, što se naziva principom 3W. Na ovaj način se može prevladati utjecaj distribuirane kapacitivnosti i distribuirane induktivnosti uzrokovane paralelnim linijama.

4 Dizajn kabla za napajanje i žice za uzemljenje

Da bi se riješio pad napona uzrokovan bukom napajanja i impedancijom linije koju unosi visokofrekventno kolo, mora se u potpunosti razmotriti pouzdanost sistema napajanja u visokofrekventnom kolu. Generalno postoje dva rješenja: jedno je korištenje tehnologije sabirnice napajanja za ožičenje; drugi je korištenje posebnog sloja napajanja. Za usporedbu, proizvodni proces potonjeg je složeniji, a cijena je skuplja. Stoga se tehnologija mrežnog tipa sabirnice može koristiti za ožičenje, tako da svaka komponenta pripada različitoj petlji, a struja na svakoj sabirnici u mreži teži da bude uravnotežena, smanjujući pad napona uzrokovan impedancijom linije.

Snaga visokofrekventnog prijenosa je relativno velika, možete koristiti veliku površinu bakra i pronaći uzemljenje niskog otpora u blizini za višestruko uzemljenje. Budući da je induktivnost uzemljenja proporcionalna frekvenciji i dužini, zajednička impedansa uzemljenja će se povećati kada je radna frekvencija visoka, što će povećati elektromagnetske smetnje koje stvara zajednička impedansa uzemljenja, tako da je dužina žice za uzemljenje potrebno je da bude što kraće. Pokušajte smanjiti dužinu signalne linije i povećati površinu petlje za uzemljenje.

Postavite jedan ili nekoliko visokofrekventnih kondenzatora za razdvajanje na napajanje i masu čipa kako biste osigurali obližnji visokofrekventni kanal za prolaznu struju integriranog čipa, tako da struja ne prolazi kroz liniju napajanja s velikom petljom površine, čime se značajno smanjuje buka koja se emituje prema van. Odaberite monolitne keramičke kondenzatore sa dobrim visokofrekventnim signalima kao kondenzatore za razdvajanje. Koristite tantalske kondenzatore velikog kapaciteta ili poliesterske kondenzatore umjesto elektrolitskih kondenzatora kao kondenzatore za pohranu energije za punjenje kola. Budući da je distribuirana induktivnost elektrolitskog kondenzatora velika, ona nije važeća za visoke frekvencije. Kada koristite elektrolitičke kondenzatore, koristite ih u paru sa kondenzatorima za razdvajanje s dobrim visokofrekventnim karakteristikama.

5 Druge tehnike projektovanja kola velike brzine

Usklađivanje impedanse se odnosi na radno stanje u kojem su impedansa opterećenja i interna impedansa izvora pobude prilagođene jedna drugoj kako bi se postigla maksimalna izlazna snaga. Za brzo ožičenje PCB-a, kako bi se spriječila refleksija signala, impedancija kola je potrebna da bude 50 Ω. Ovo je približan broj. Generalno, propisano je da je osnovni pojas koaksijalnog kabla 50 Ω, frekvencijski opseg 75 Ω, a upredena žica 100 Ω. To je samo cijeli broj, radi lakšeg uparivanja. Prema specifičnoj analizi kola, usvojen je paralelni AC završetak, a otpornik i kondenzatorska mreža se koriste kao impedansa završetka. Otpor završetka R mora biti manji ili jednak impedansi dalekovoda Z0, a kapacitivnost C mora biti veća od 100 pF. Preporučuje se upotreba 0.1UF višeslojnih keramičkih kondenzatora. Kondenzator ima funkciju blokiranja niske frekvencije i prolaska visoke frekvencije, tako da otpor R nije istosmjerno opterećenje pokretačkog izvora, tako da ovaj način završetka nema nikakvu potrošnju DC energije.

Preslušavanje se odnosi na neželjene smetnje naponskog šuma uzrokovane elektromagnetnim spajanjem na susjedne dalekovode kada se signal širi na dalekovodu. Spojnica se dijeli na kapacitivnu spregu i induktivnu spregu. Prekomjerno preslušavanje može uzrokovati lažno okidanje kola i uzrokovati da sistem ne radi normalno. Prema nekim karakteristikama preslušavanja, može se sažeti nekoliko glavnih metoda za smanjenje preslušavanja:

(1) Povećajte razmak između redova, smanjite paralelnu dužinu i koristite metodu jog za ožičenje ako je potrebno.

(2) Kada signalne linije velike brzine ispune uslove, dodavanje usklađivanja završetka može smanjiti ili eliminisati refleksije, čime se smanjuje preslušavanje.

(3) Za mikrotrakaste dalekovode i trakaste dalekovode, ograničavanje visine traga na opseg iznad uzemljenja može značajno smanjiti preslušavanje.

(4) Kada prostor za ožičenje dopušta, umetnite žicu za uzemljenje između dvije žice sa ozbiljnijim preslušavanjem, što može igrati ulogu u izolaciji i smanjiti preslušavanje.

Zbog nedostatka analize velike brzine i smjernica za simulaciju u tradicionalnom dizajnu PCB-a, kvalitet signala se ne može garantirati, a većina problema se ne može otkriti do testa izrade ploča. To uvelike smanjuje efikasnost dizajna i povećava troškove, što je očito nepovoljno u oštroj tržišnoj konkurenciji. Stoga, za dizajn PCB-a velike brzine, ljudi u industriji su predložili novu dizajnersku ideju, koja je postala metoda dizajna odozgo prema dolje. Nakon raznih analiza politika i optimizacije, većina mogućih problema je izbjegnuta i napravljene su velike uštede. Vreme je da se osigura da je budžet projekta ispunjen, da se proizvode visokokvalitetne štampane ploče i da se izbegnu dosadne i skupe greške u testiranju.

Upotreba diferencijalnih linija za prijenos digitalnih signala je efikasna mjera za kontrolu faktora koji uništavaju integritet signala u digitalnim kolima velike brzine. Diferencijalni vod na štampanoj ploči je ekvivalentan diferencijalnom mikrotalasnom integrisanom paru dalekovoda koji radi u kvazi-TEM režimu. Među njima, diferencijalna linija na vrhu ili na dnu PCB-a je ekvivalentna spojenoj mikrotrakastoj liniji i nalazi se na unutrašnjem sloju višeslojne PCB-a. Digitalni signal se emituje na diferencijalnoj liniji u neparnom modu prenosa, odnosno fazna razlika između pozitivnog i negativnog signala je 180°, a šum je spregnut na par diferencijalnih vodova u zajedničkom modu. Napon ili struja kola se oduzimaju, tako da se može dobiti signal kako bi se eliminisao uobičajeni šum. Niskonaponska amplituda ili strujni izlaz para diferencijalnih linija ispunjava zahtjeve velike brzine integracije i niske potrošnje energije.

6 zaključne napomene

Uz kontinuirani razvoj elektronske tehnologije, imperativ je razumjeti teoriju integriteta signala za vođenje i verifikaciju dizajna PCB-a velike brzine. Određeno iskustvo sažeto u ovom članku može pomoći dizajnerima PCB sklopova velike brzine da skrate ciklus razvoja, izbjegnu nepotrebna zaobilaženja i uštede radnu snagu i materijalne resurse. Dizajneri moraju nastaviti da istražuju i istražuju u stvarnom radu, da nastave da akumuliraju iskustvo i kombinuju nove tehnologije da bi dizajnirali brze PCB ploče sa odličnim performansama.