1 Preguntes

Amb l’augment a gran escala de la complexitat del disseny i la integració dels sistemes electrònics, la velocitat del rellotge i els temps d’augment del dispositiu són cada cop més ràpids i PCB d’alta velocitat el disseny s’ha convertit en una part important del procés de disseny. En el disseny de circuits d’alta velocitat, la inductància i la capacitat de la línia de la placa de circuit fan que el cable sigui equivalent a una línia de transmissió. La disposició incorrecta dels components de terminació o el cablejat incorrecte dels senyals d’alta velocitat poden causar problemes d’efecte de la línia de transmissió, donant lloc a una sortida de dades incorrecta del sistema, un funcionament anormal del circuit o fins i tot cap operació. Basat en el model de línia de transmissió, per resumir, la línia de transmissió comportarà efectes adversos com ara la reflexió del senyal, la diafonia, la interferència electromagnètica, la font d’alimentació i el soroll de terra al disseny del circuit.

Per tal de dissenyar una placa de circuits PCB d’alta velocitat que pugui funcionar de manera fiable, el disseny s’ha de considerar completament i acuradament per resoldre alguns problemes poc fiables que es poden produir durant el disseny i l’encaminament, escurçar el cicle de desenvolupament del producte i millorar la competitivitat del mercat.

Com utilitzar les eines de disseny PROTEL per al disseny de PCB d’alta velocitat

2 Disseny de maquetació del sistema d’alta freqüència

En el disseny de PCB del circuit, el disseny és un enllaç important. El resultat de la disposició afectarà directament l’efecte del cablejat i la fiabilitat del sistema, que és el que requereix més temps i és difícil de tot el disseny de la placa de circuit imprès. El complex entorn de PCB d’alta freqüència fa que el disseny del disseny del sistema d’alta freqüència sigui difícil d’utilitzar els coneixements teòrics apresos. Requereix que la persona que exposa ha de tenir una gran experiència en la fabricació de PCB d’alta velocitat, per evitar desviaments en el procés de disseny. Millorar la fiabilitat i eficàcia del treball del circuit. En el procés de disseny, s’ha de tenir en compte l’estructura mecànica, la dissipació de calor, la interferència electromagnètica, la comoditat del cablejat futur i l’estètica.

En primer lloc, abans del disseny, tot el circuit es divideix en funcions. El circuit d’alta freqüència està separat del circuit de baixa freqüència, i el circuit analògic i el circuit digital estan separats. Cada circuit funcional es col·loca el més a prop possible del centre del xip. Eviteu el retard de transmissió causat per cables excessivament llargs i milloreu l’efecte de desacoblament dels condensadors. A més, presteu atenció a les posicions i direccions relatives entre els pins i els components del circuit i altres tubs per reduir la seva influència mútua. Tots els components d’alta freqüència han d’estar lluny del xassís i d’altres plaques metàl·liques per reduir l’acoblament paràsit.

En segon lloc, s’ha de prestar atenció als efectes tèrmics i electromagnètics entre els components durant el disseny. Aquests efectes són especialment greus per als sistemes d’alta freqüència, i s’han de prendre mesures per mantenir allunyat o aïllar, la calor i l’escut. El tub rectificador d’alta potència i el tub d’ajust han d’estar equipats amb un radiador i mantenir-se allunyats del transformador. Els components resistents a la calor, com ara els condensadors electrolítics, s’han de mantenir allunyats dels components de calefacció, en cas contrari, l’electròlit s’assecarà, augmentant la resistència i un rendiment baix, cosa que afectarà l’estabilitat del circuit. S’ha de deixar prou espai a la disposició per organitzar l’estructura protectora i evitar la introducció de diversos acoblaments paràsits. Per evitar l’acoblament electromagnètic entre les bobines de la placa de circuit imprès, les dues bobines s’han de col·locar en angle recte per reduir el coeficient d’acoblament. També es pot utilitzar el mètode d’aïllament de plaques verticals. El millor és utilitzar directament el cable del component a soldar al circuit. Com més curt sigui el lideratge, millor. No utilitzeu connectors i pestanyes de soldadura perquè hi ha una capacitat i una inductància distribuïdes entre les pestanyes de soldadura adjacents. Eviteu col·locar components d’alt soroll al voltant de l’oscil·lador de cristall, RIN, voltatge analògic i traces del senyal de voltatge de referència.

Finalment, tot garantint la qualitat i la fiabilitat inherents, tot tenint en compte la bellesa general, s’ha de dur a terme una planificació raonable de la placa de circuit. Els components han de ser paral·lels o perpendiculars a la superfície del tauler, i paral·lels o perpendiculars a la vora del tauler principal. La distribució dels components a la superfície del tauler ha de ser el més uniforme possible i la densitat ha de ser consistent. D’aquesta manera, no només és bonic, sinó que també és fàcil de muntar i soldar, i és fàcil de produir en massa.

3 Cablejat del sistema d’alta freqüència

En circuits d’alta freqüència, no es poden ignorar els paràmetres de distribució de resistència, capacitat, inductància i inductància mútua dels cables de connexió. Des de la perspectiva de l’anti-interferència, el cablejat raonable és intentar reduir la resistència de la línia, la capacitat distribuïda i la inductància perduda al circuit. , El camp magnètic perdut resultant es redueix al mínim, de manera que es suprimeixen la capacitat distribuïda, el flux magnètic de fuites, la inductància mútua electromagnètica i altres interferències causades pel soroll.

L’aplicació d’eines de disseny PROTEL a la Xina ha estat força habitual. No obstant això, molts dissenyadors només se centren en la “taxa de banda ampla”, i les millores fetes per les eines de disseny de PROTEL per adaptar-se als canvis en les característiques del dispositiu no s’han utilitzat en el disseny, la qual cosa no només fa que el malbaratament dels recursos de les eines de disseny sigui més greu, cosa que dificulta la posada en joc de l’excel·lent rendiment de molts dispositius nous.

A continuació s’introdueixen algunes funcions especials que l’eina PROTEL99 SE pot proporcionar.

(1) El cable entre els pins del dispositiu de circuit d’alta freqüència s’ha de doblegar el menys possible. El millor és utilitzar una línia recta completa. Quan es requereix flexió, es poden utilitzar corbes o arcs de 45 °, que poden reduir l’emissió externa de senyals d’alta freqüència i la interferència mútua. L’acoblament entre. Quan utilitzeu PROTEL per a l’encaminament, podeu seleccionar 45 graus o Arrodonit a les “Cantons d’encaminament” al menú “Regles” del menú “Disseny”. També podeu utilitzar les tecles majúscules + espai per canviar ràpidament entre les línies.

(2) Com més curt sigui el cable entre els pins del dispositiu de circuit d’alta freqüència, millor.

PROTEL 99 La manera més eficaç d’aconseguir el cablejat més curt és concertar una cita de cablejat per a xarxes d’alta velocitat de clau individual abans del cablejat automàtic. “Topologia d’encaminament” a “regles” al menú “Disseny”.

Seleccioneu el més curt.

(3) L’alternança de capes de plom entre els pins dels dispositius de circuit d’alta freqüència és tan petita com sigui possible. És a dir, com menys vies s’utilitzin en el procés de connexió de components, millor.

Una via pot aportar uns 0.5 pF de capacitat distribuïda, i reduir el nombre de vies pot augmentar significativament la velocitat.

(4) Per al cablejat de circuits d’alta freqüència, presteu atenció a la “interferència creuada” introduïda pel cablejat paral·lel de la línia de senyal, és a dir, la diafonia. Si la distribució paral·lela és inevitable, es pot disposar una gran àrea de “terra” al costat oposat de la línia de senyal paral·lela

Per reduir molt les interferències. El cablejat paral·lel a la mateixa capa és gairebé inevitable, però en dues capes adjacents, la direcció del cablejat ha de ser perpendicular entre si. Això no és difícil de fer a PROTEL però és fàcil de passar per alt. A “RouTIngLayers” al menú “Disseny” “regles”, seleccioneu Horitzontal per a Toplayer i VerTIcal per a BottomLayer. A més, “Polygonplane” es proporciona a “place”

La funció de la superfície de la làmina de coure de la graella poligonal, si col·loqueu el polígon com a superfície de tota la placa de circuit imprès i connecteu aquest coure al GND del circuit, pot millorar la capacitat anti-interferència d’alta freqüència, també té majors beneficis per a la dissipació de calor i la força de la placa d’impressió.

(5) Implementeu mesures de tancament del cable de terra per a línies de senyal o unitats locals especialment importants. “Esquebra els objectes seleccionats” es proporciona a “Eines”, i aquesta funció es pot utilitzar per “embolicar el sòl” automàticament de les línies de senyal importants seleccionades (com el circuit d’oscil·lació LT i X1).

(6) En general, la línia elèctrica i la línia de connexió a terra del circuit són més amples que la línia de senyal. Podeu utilitzar les “Classes” al menú “Disseny” per classificar la xarxa, que es divideix en xarxa elèctrica i xarxa de senyal. És convenient establir les regles de cablejat. Canvieu l’amplada de la línia elèctrica i la línia de senyal.

(7) Diversos tipus de cablejat no poden formar un bucle i el cable de terra no pot formar un bucle de corrent. Si es genera un circuit de bucle, provocarà moltes interferències en el sistema. Es pot utilitzar un mètode de cablejat en cadena de margarides per a això, que pot evitar eficaçment la formació de bucles, branques o soques durant el cablejat, però també provocarà el problema del cablejat no fàcil.

(8) Segons les dades i el disseny de diversos xips, calculeu el corrent que passa el circuit d’alimentació i determineu l’amplada del cable necessària. Segons la fórmula empírica: W (amplada de línia) ≥ L (mm/A) × I (A).

Segons el corrent, intenteu augmentar l’amplada de la línia elèctrica i reduir la resistència del bucle. Al mateix temps, feu que la direcció de la línia elèctrica i la línia de terra siguin coherents amb la direcció de transmissió de dades, cosa que ajuda a millorar la capacitat anti-soroll. Quan sigui necessari, es pot afegir un dispositiu d’asfixia d’alta freqüència fet de ferrita de filferro de coure a la línia elèctrica i la línia de terra per bloquejar la conducció del soroll d’alta freqüència.

(9) L’amplada del cablejat de la mateixa xarxa s’ha de mantenir igual. Les variacions en l’amplada de la línia provocaran una impedància característica de la línia desigual. Quan la velocitat de transmissió és alta, es produirà una reflexió, que s’ha d’evitar tant com sigui possible en el disseny. Al mateix temps, augmenta l’amplada de les línies paral·leles. Quan la distància central de la línia no supera 3 vegades l’amplada de la línia, el 70% del camp elèctric es pot mantenir sense interferències mútues, que s’anomena principi 3W. D’aquesta manera, es pot superar la influència de la capacitat distribuïda i la inductància distribuïda causada per línies paral·leles.

4 Disseny del cable d’alimentació i el cable de terra

Per resoldre la caiguda de tensió causada pel soroll de la font d’alimentació i la impedància de línia introduïda pel circuit d’alta freqüència, s’ha de tenir en compte completament la fiabilitat del sistema d’alimentació en el circuit d’alta freqüència. En general, hi ha dues solucions: una és utilitzar la tecnologia de bus elèctric per al cablejat; l’altra és utilitzar una capa d’alimentació independent. En comparació, el procés de fabricació d’aquest últim és més complicat i el cost és més car. Per tant, la tecnologia de bus elèctric de xarxa es pot utilitzar per al cablejat, de manera que cada component pertany a un bucle diferent i el corrent de cada bus de la xarxa tendeix a equilibrar-se, reduint la caiguda de tensió causada per la impedància de la línia.

La potència de transmissió d’alta freqüència és relativament gran, podeu utilitzar una gran àrea de coure i trobar un pla de terra de baixa resistència a prop per a múltiples connexions a terra. Com que la inductància del cable de terra és proporcional a la freqüència i la longitud, la impedància de terra comuna augmentarà quan la freqüència de funcionament sigui alta, la qual cosa augmentarà la interferència electromagnètica generada per la impedància de terra comuna, de manera que la longitud del cable de terra és ha de ser el més breu possible. Intenteu reduir la longitud de la línia de senyal i augmentar l’àrea del bucle de terra.

Configureu un o diversos condensadors de desacoblament d’alta freqüència a la potència i a terra del xip per proporcionar un canal d’alta freqüència proper per al corrent transitori del xip integrat, de manera que el corrent no passi per la línia d’alimentació amb un gran bucle. zona, reduint així molt el soroll irradiat a l’exterior. Trieu condensadors ceràmics monolítics amb bons senyals d’alta freqüència com a condensadors de desacoblament. Utilitzeu condensadors de tàntal de gran capacitat o condensadors de polièster en comptes de condensadors electrolítics com a condensadors d’emmagatzematge d’energia per a la càrrega del circuit. Com que la inductància distribuïda del condensador electrolític és gran, no és vàlida per a alta freqüència. Quan utilitzeu condensadors electrolítics, utilitzeu-los en parells amb condensadors de desacoblament amb bones característiques d’alta freqüència.

5 Altres tècniques de disseny de circuits d’alta velocitat

La concordança d’impedància fa referència a un estat de treball en què la impedància de càrrega i la impedància interna de la font d’excitació s’adapten entre si per obtenir la màxima potència de sortida. Per al cablejat de PCB d’alta velocitat, per evitar la reflexió del senyal, cal que la impedància del circuit sigui de 50 Ω. Aquesta és una xifra aproximada. En general, s’estipula que la banda base del cable coaxial és de 50 Ω, la banda de freqüència és de 75 Ω i el cable trenat és de 100 Ω. És només un nombre enter, per a la comoditat de la concordança. Segons l’anàlisi del circuit específic, s’adopta la terminació de CA paral·lel i la xarxa de resistències i condensadors s’utilitzen com a impedància de terminació. La resistència de terminació R ha de ser inferior o igual a la impedància de la línia de transmissió Z0 i la capacitat C ha de ser superior a 100 pF. Es recomana utilitzar condensadors ceràmics multicapa de 0.1 UF. El condensador té la funció de bloquejar la baixa freqüència i passar l’alta freqüència, de manera que la resistència R no és la càrrega de CC de la font de conducció, de manera que aquest mètode de terminació no té cap consum d’energia CC.

La diafonia es refereix a la interferència de soroll de tensió no desitjada causada per l’acoblament electromagnètic a les línies de transmissió adjacents quan el senyal es propaga a la línia de transmissió. L’acoblament es divideix en acoblament capacitiu i acoblament inductiu. Una diafonia excessiva pot provocar una activació falsa del circuit i fer que el sistema no funcioni amb normalitat. Segons algunes característiques de la diafonia, es poden resumir diversos mètodes principals per reduir la diafonia:

(1) Augmenteu l’interlineat, reduïu la longitud paral·lela i utilitzeu el mètode de desplaçament per al cablejat si cal.

(2) Quan les línies de senyal d’alta velocitat compleixen les condicions, afegir la concordança de terminació pot reduir o eliminar els reflexos, reduint així la diafonia.

(3) Per a línies de transmissió de microstrip i línies de transmissió de tira, restringir l’alçada de la traça dins del rang per sobre del pla de terra pot reduir significativament la diafonia.

(4) Quan l’espai de cablejat ho permeti, inseriu un cable de terra entre els dos cables amb una diafonia més greu, que pot tenir un paper aïllat i reduir la diafonia.

A causa de la manca d’anàlisi d’alta velocitat i guia de simulació en el disseny tradicional de PCB, no es pot garantir la qualitat del senyal i la majoria dels problemes no es poden descobrir fins a la prova de fabricació de plaques. Això redueix molt l’eficiència del disseny i augmenta el cost, cosa que és evidentment desavantatge en la ferotge competència del mercat. Per tant, per al disseny de PCB d’alta velocitat, la gent del sector ha proposat una nova idea de disseny, que s’ha convertit en un mètode de disseny “de dalt a baix”. Després d’una varietat d’anàlisis i optimització de polítiques, s’han evitat la majoria dels possibles problemes i s’han fet molts estalvis. És hora d’assegurar que es compleix el pressupost del projecte, es produeixen taulers impresos d’alta qualitat i s’eviten errors de prova tediosos i costosos.

L’ús de línies diferencials per transmetre senyals digitals és una mesura eficaç per controlar els factors que destrueixen la integritat del senyal en circuits digitals d’alta velocitat. La línia diferencial de la placa de circuit imprès és equivalent a un parell de línies de transmissió integrada de microones diferencial que treballa en mode quasi-TEM. Entre ells, la línia diferencial a la part superior o inferior de la PCB és equivalent a la línia de microstrip acoblada i es troba a la capa interior de la PCB multicapa. La línia diferencial és equivalent a una línia de banda acoblada. El senyal digital es transmet a la línia diferencial en un mode de transmissió en mode imparell, és a dir, la diferència de fase entre els senyals positius i negatius és de 180 ° i el soroll s’acobla a un parell de línies diferencials en un mode comú. Es resta la tensió o corrent del circuit, de manera que es pot obtenir el senyal per eliminar el soroll en mode comú. La sortida d’amplitud o corrent de baixa tensió del parell de línies diferencials compleix els requisits d’integració d’alta velocitat i baix consum d’energia.

6 comentaris finals

Amb el desenvolupament continu de la tecnologia electrònica, és imprescindible entendre la teoria de la integritat del senyal per guiar i verificar el disseny de PCB d’alta velocitat. Alguna experiència resumida en aquest article pot ajudar els dissenyadors de circuits de circuits impresos d’alta velocitat a escurçar el cicle de desenvolupament, evitar desviaments innecessaris i estalviar mà d’obra i recursos materials. Els dissenyadors han de continuar investigant i explorant el treball real, continuar acumulant experiència i combinar noves tecnologies per dissenyar plaques de circuits PCB d’alta velocitat amb un rendiment excel·lent.