En l’actualitat, d’alta freqüència i PCB d’alta velocitat El disseny s’ha convertit en el corrent principal i tots els enginyers de disseny de PCB haurien de ser competents. A continuació, Banermei compartirà amb vosaltres part de l’experiència de disseny d’experts en maquinari en circuits PCB d’alta freqüència i alta velocitat, i espero que sigui útil per a tothom.

1. Com evitar interferències d’alta freqüència?

La idea bàsica d’evitar la interferència d’alta freqüència és minimitzar la interferència del camp electromagnètic dels senyals d’alta freqüència, que és l’anomenada diafonia (Crosstalk). Podeu augmentar la distància entre el senyal d’alta velocitat i el senyal analògic, o afegir traces de guàrdia/shunt al costat del senyal analògic. També presteu atenció a la interferència de soroll de la terra digital a la terra analògica.

2. Com considerar la coincidència d’impedància quan es dissenyen esquemes de disseny de PCB d’alta velocitat?

Quan es dissenyen circuits PCB d’alta velocitat, la concordança d’impedància és un dels elements de disseny. El valor d’impedància té una relació absoluta amb el mètode de cablejat, com ara caminar per la capa superficial (microstrip) o la capa interior (stripline/doble stripline), la distància des de la capa de referència (capa d’alimentació o capa de terra), amplada del cablejat, material de PCB , etc. Tots dos afectaran el valor d’impedància característica de la traça. És a dir, el valor d’impedància només es pot determinar després del cablejat. En general, el programari de simulació no pot tenir en compte algunes condicions de cablejat amb impedància discontínua a causa de la limitació del model de circuit o de l’algorisme matemàtic utilitzat. En aquest moment, només es poden reservar alguns terminadors (terminació), com ara la resistència en sèrie, al diagrama esquemàtic. Alleujar l’efecte de la discontinuïtat en la impedància de traça. La solució real al problema és intentar evitar discontinuïtats d’impedància en el cablejat.

3. En el disseny de PCB d’alta velocitat, quins aspectes ha de tenir en compte el dissenyador les regles EMC i EMI?

En general, el disseny EMI/EMC ha de tenir en compte tant els aspectes radiats com els conduïts al mateix temps. El primer pertany a la part de freqüència més alta (<30MHz) i el segon és la part de freqüència més baixa (<30MHz). Així que no només podeu prestar atenció a l’alta freqüència i ignorar la part de baixa freqüència. Un bon disseny EMI/EMC ha de tenir en compte la ubicació del dispositiu, la disposició de la pila de PCB, el mètode de connexió important, la selecció del dispositiu, etc. al principi del disseny. Si no hi ha una millor disposició prèvia, es resoldrà després. Farà el doble del resultat amb la meitat de l’esforç i augmentarà el cost. Per exemple, la ubicació del generador de rellotge no hauria d’estar a prop del connector extern. Els senyals d’alta velocitat haurien d’anar a la capa interior tant com sigui possible. Preste atenció a la concordança de la impedància característica i la continuïtat de la capa de referència per reduir les reflexions. La velocitat de canvi del senyal empès pel dispositiu ha de ser tan petita com sigui possible per reduir l’alçada. Els components de freqüència, quan escolliu un condensador de desacoblament/bypass, presteu atenció a si la seva resposta en freqüència compleix els requisits per reduir el soroll al pla d’alimentació. A més, presteu atenció al camí de retorn del corrent del senyal d’alta freqüència per fer que l’àrea del bucle sigui el més petita possible (és a dir, la impedància del bucle el més petita possible) per reduir la radiació. El sòl també es pot dividir per controlar el rang de soroll d’alta freqüència. Finalment, trieu correctament la terra del xassís entre la PCB i la carcassa.

4. Com triar la placa PCB?

L’elecció de la placa PCB ha d’aconseguir un equilibri entre el compliment dels requisits de disseny i la producció en massa i el cost. Els requisits de disseny inclouen tant parts elèctriques com mecàniques. En general, aquest problema de material és més important quan es dissenyen plaques de PCB de molt alta velocitat (freqüència superior a GHz). Per exemple, el material FR-4 d’ús comú, la pèrdua dielèctrica a una freqüència de diversos GHz tindrà una gran influència en l’atenuació del senyal i pot ser que no sigui adequada. Pel que fa a l’electricitat, presteu atenció a si la constant dielèctrica i la pèrdua dielèctrica són adequades per a la freqüència dissenyada.

5. Com complir els requisits d’EMC tant com sigui possible sense causar massa pressió de costos?

L’augment del cost de la placa PCB a causa de l’EMC es deu generalment a l’augment del nombre de capes de terra per millorar l’efecte de blindatge i l’addició de perles de ferrita, asfixia i altres dispositius de supressió d’harmònics d’alta freqüència. A més, sol ser necessari fer coincidir l’estructura de blindatge d’altres institucions perquè tot el sistema compleixi els requisits d’EMC. El següent només proporciona algunes tècniques de disseny de plaques PCB per reduir l’efecte de la radiació electromagnètica generada pel circuit.

Proveu de triar un dispositiu amb una velocitat de variació del senyal més lenta per reduir els components d’alta freqüència generats pel senyal.

Preste atenció a la col·locació dels components d’alta freqüència, no massa a prop del connector extern.

Preste atenció a la concordança d’impedància dels senyals d’alta velocitat, la capa de cablejat i el seu camí de retorn del corrent, per reduir la reflexió i la radiació d’alta freqüència.

Col·loqueu els condensadors de desacoblament suficients i adequats als pins de la font d’alimentació de cada dispositiu per alleujar el soroll al pla d’alimentació i al pla de terra. Presteu especial atenció a si la resposta de freqüència i les característiques de temperatura del condensador compleixen els requisits de disseny.

La terra prop del connector extern es pot separar correctament de la terra, i la terra del connector es pot connectar a la terra del xassís proper.

Les traces de guàrdia de terra/derivació es poden utilitzar adequadament al costat d’alguns senyals especials d’alta velocitat. Però presteu atenció a la influència de les traces de guàrdia/derivació en la impedància característica de la traça.

La capa de potència es redueix 20H de la capa de terra, i H és la distància entre la capa de potència i la capa de terra.

6. A quins aspectes s’ha de prestar atenció a l’hora de dissenyar, enrutar i dissenyar PCB d’alta freqüència per sobre de 2G?

Els PCB d’alta freqüència superiors a 2G pertanyen al disseny de circuits de radiofreqüència i no estan dins de l’àmbit de discussió del disseny de circuits digitals d’alta velocitat. La disposició i l’encaminament del circuit de radiofreqüència s’han de considerar juntament amb l’esquema, perquè la disposició i l’encaminament provocaran efectes de distribució. A més, alguns dispositius passius en el disseny de circuits de radiofreqüència es realitzen mitjançant definicions parametritzades i làmines de coure amb forma especial. Per tant, les eines EDA són necessàries per proporcionar dispositius parametritzats i editar làmines de coure amb forma especial. La boardstation de Mentor té un mòdul de disseny de RF especial que pot complir aquests requisits. A més, el disseny general de RF requereix eines especialitzades d’anàlisi de circuits de RF. El més famós de la indústria és eesoft d’Agilent, que té una bona interfície amb les eines de Mentor.

7. L’addició de punts de prova afectarà la qualitat dels senyals d’alta velocitat?

Si afectarà la qualitat del senyal depèn del mètode per afegir punts de prova i de la velocitat del senyal. Bàsicament, es poden afegir punts de prova addicionals (no utilitzeu la via existent o el pin DIP com a punts de prova) a la línia o treure una línia curta de la línia. El primer equival a afegir un petit condensador a la línia, el segon és una branca addicional. Ambdues condicions afectaran més o menys el senyal d’alta velocitat, i l’extensió de l’efecte està relacionada amb la velocitat de freqüència del senyal i la velocitat de vora del senyal. La magnitud de l’impacte es pot conèixer mitjançant la simulació. En principi, com més petit sigui el punt de prova, millor (per descomptat, ha de complir els requisits de l’eina de prova) com més curta sigui la branca, millor.