1 Dumande

Cù l’aumentu à grande scala di a cumplessità di u disignu è l’integrazione di i sistemi elettronici, a velocità di u clock è i tempi di crescita di i dispositi diventanu sempre più veloci, è PCB ad alta velocità u disignu hè diventatu una parte impurtante di u prucessu di disignu. In u disignu di u circuitu d’alta velocità, l’induttanza è a capacità nantu à a linea di circuitu facenu u filu equivalente à una linea di trasmissione. Disposizione incorrecta di cumpunenti di terminazione o cablaggio incorrecte di segnali d’alta velocità pò causà prublemi di effettu di a linea di trasmissione, risultatu in un output di dati incorrectu da u sistema, operazione di circuitu anormale o ancu nisuna operazione. Basatu nantu à u mudellu di linea di trasmissione, per riassume, a linea di trasmissione portarà effetti avversi cum’è a riflessione di u segnu, a diafonia, l’interferenza elettromagnetica, l’alimentazione è u rumore di terra à u disignu di u circuitu.

Per cuncepisce una scheda di circuitu PCB d’alta velocità chì pò travaglià in modu affidabile, u disignu deve esse cunsideratu cumpletamente è currettamente per risolve alcuni prublemi inaffidabili chì ponu accade durante u layout è u routing, accurtà u ciculu di sviluppu di u produttu, è migliurà a competitività di u mercatu.

Cumu utilizà l’arnesi di cuncepimentu PROTEL per u disignu di PCB à alta velocità

2 Disegnu di u sistema di alta frequenza

In u disignu PCB di u circuitu, u layout hè un ligame impurtante. U risultatu di u layout affetterà direttamente l’effettu di cablaggio è l’affidabilità di u sistema, chì hè u più tempu è difficiule in tuttu u disignu di u circuitu stampatu. L’ambienti cumplessu di PCB d’alta frequenza rende u disignu di layout di u sistema d’alta freccia difficiuli di utilizà a cunniscenza teorica appresa. Esige chì a persona chì stende deve avè una sperienza ricca in a fabricazione di PCB à alta velocità, per evità i deviazioni in u prucessu di cuncepimentu. Migliurà l’affidabilità è l’efficacità di u travagliu di u circuitu. In u prucessu di layout, una considerazione cumpleta deve esse datu à a struttura meccanica, a dissipazione di u calore, l’interferenza elettromagnetica, a cunvenzione di u futuru cablaggio è l’estetica.

Prima di tuttu, prima di dispusizione, tuttu u circuitu hè divisu in funzioni. U circuitu d’alta frequenza hè siparatu da u circuitu di bassa freccia, è u circuitu analogicu è u circuitu digitale sò separati. Ogni circuitu funziunale hè situatu u più vicinu pussibule à u centru di u chip. Evite u ritardu di trasmissione causatu da fili eccessivamente longu, è migliurà l’effettu di disaccoppiamentu di i condensatori. Inoltre, fate attenzione à e pusizioni relative è direzzione trà i pins è i cumpunenti di u circuitu è ​​altri tubi per riduce a so influenza mutuale. Tutti i cumpunenti d’alta frequenza deve esse alluntanatu da u chassis è altri platti metallichi per riduce l’accoppiamentu parasitariu.

Siconda, l’attenzione deve esse pagata à l’effetti termali è elettromagnetici trà i cumpunenti durante u layout. Questi effetti sò particularmente serii per i sistemi d’alta freccia, è e misure per alluntanassi o isolà, u calore è u scudu deve esse pigliatu. U tubu di rettificatore d’alta putenza è u tubu di regulazione deve esse furnitu cù un radiatore è tenutu luntanu da u trasformatore. I cumpunenti resistenti à u calore, cum’è i condensatori elettrolitici, deve esse tenutu luntanu da i cumpunenti di riscaldamentu, altrimenti l’elettroliti serà seccu, risultatu in una resistenza aumentata è un rendimentu poviru, chì affettanu a stabilità di u circuitu. Un spaziu abbastanza deve esse lasciatu in u layout per organizà a struttura protettiva è impedisce l’intruduzioni di diversi accoppiamenti parasitari. Per prevene l’accoppiamentu elettromagneticu trà e bobine nantu à u circuitu stampatu, i dui bobine duveranu esse posti à anguli dritti per riduce u coefficient d’accoppiamentu. U metudu di isolamentu di u platu verticale pò ancu esse usatu. Hè megliu aduprà direttamente u piombo di u cumpunente per esse saldatu à u circuitu. U più cortu u piombu, u megliu. Ùn aduprate micca connettori è tabulature di saldatura perchè ci sò capacità distribuite è induttanza distribuite trà tabulazioni di saldatura adiacenti. Evitari di mette cumpunenti high-rumore intornu à u oscillator cristal, RIN, voltage analogicu, è tracce signali di tensione di riferimentu.

Infine, assicurendu a qualità inherente è l’affidabilità, pur tenendu in contu a bellezza generale, deve esse realizatu una pianificazione raghjone di circuiti. I cumpunenti deve esse paralleli o perpendiculari à a superficia di u bordu, è paralleli o perpendiculari à u bordu di u bordu principale. A distribuzione di cumpunenti nantu à a superficia di u bordu deve esse cum’è ancu pussibule è a densità deve esse coherente. In questu modu, ùn hè micca solu bella, ma ancu faciule d’assemblea è di saldatura, è hè faciule di pruduce in massa.

3 Cablaggio di u sistema di alta frequenza

In i circuiti d’alta frequenza, i paràmetri di distribuzione di resistenza, capacità, induttanza è induttanza mutuale di i fili di cunnessione ùn ponu esse ignorati. Da a perspettiva di l’anti-interferenza, u filamentu raghjone hè di pruvà à riduce a resistenza di a linea, a capacità distribuita è l’induttanza stray in u circuitu. , U campu magneticu stray resultante hè ridutta à u minimu, cusì chì a capacità distribuita, u flussu magneticu di fuga, l’induttanza mutuale elettromagnetica è altre interferenze causate da u rumore sò suppresse.

L’applicazione di l’arnesi di cuncepimentu PROTEL in Cina hè stata abbastanza cumuna. Tuttavia, assai diseggiani fucalizza solu nantu à a “tassa di banda larga”, è i migliuramenti fatti da l’arnesi di cuncepimentu PROTEL per adattà à i cambiamenti in e caratteristiche di l’apparecchi ùn sò micca stati utilizati in u disignu, chì ùn hè micca solu chì a perdita di risorse di l’arnesi di cuncepimentu hè più. seriu, chì face difficiuli per l’eccellente prestazione di parechji novi dispositi per esse purtatu in ghjocu.

Li siquenti introduci qualchi funzioni spiciali chì strumentu PROTEL99 SE pò furnisce.

(1) U piombo trà i pins di u dispusitivu di circuit high-frequency deve esse curvatu u più pocu pussibule. Hè megliu aduprà una linea recta completa. Quandu a curvatura hè necessaria, ponu esse aduprate curve o arcu di 45 °, chì ponu riduce l’emissione esterna di segnali d’alta frequenza è l’interferenza mutuale. L’accoppiamentu trà. Quandu si usa PROTEL per u routing, pudete selezziunà 45-Degrees o Rounded in u “Routing Corners” in u menù “regoli” di u menu “Design”. Pudete ancu aduprà i tasti shift + spaziu per cambià rapidamente trà e linee.

(2) U più cortu u piombu trà i pins di u dispusitivu circuit high-frequency, u megliu.

PROTEL 99 U modu più efficau per scuntrà i cablaggi più brevi hè di fà un appuntamentu di cablaggio per e reti chjave d’alta velocità individuale prima di u cablaggio automaticu. “RouTing Topology” in “reguli” in u menu “Design”.

Sceglie u più cortu.

(3) L’alternazione di strati di piombo trà i pin di i dispositi di circuitu d’alta frequenza hè u più chjucu pussibule. Chì hè, u menu vias usatu in u prucessu di cunnessione cumpunenti, u megliu.

Una via pò purtà circa 0.5pF di capacità distribuita, è riducendu u numeru di vias pò aumentà significativamente a vitezza.

(4) Per u filamentu di u circuitu d’alta frequenza, fate attenzione à l'”interferenza croce” introdutta da u filatu parallelu di a linea di signale, vale à dì, crosstalk. Se a distribuzione parallela hè inevitabbile, una grande zona di “terra” pò esse disposta da u latu oppostu di a linea di signale parallela.

Per riduce assai l’interferenza. U filatu parallelu in a stessa capa hè quasi inevitabbile, ma in dui strati adiacenti, a direzzione di u filatu deve esse perpendicular à l’altru. Questu ùn hè micca difficiule di fà in PROTEL, ma hè faciule per trascuratà. In u “RouTIngLayers” in u menu “Design” “règuli”, selezziunate Orizzontale per Toplayer è VerTIcal per BottomLayer. Inoltre, “Polygonplane” hè furnitu in “locu”

A funzione di a superficia di foglia di rame di griglia poligonale, se mette u poligonu cum’è una superficia di tuttu u circuitu stampatu, è cunnette stu rame à a GND di u circuitu, pò migliurà a capacità anti-interferenza di alta frequenza, hà ancu. vantaghji maiò per a dissipazione di u calore è a forza di stampa.

(5) Implementa misure di recinzione di fili di terra per linee di signali particularmente impurtanti o unità lucali. “Outline selected objects” hè furnitu in “Tools”, è sta funzione pò esse aduprata per automaticamente “imballà a terra” di e linee di signale impurtanti selezziunate (cum’è u circuitu d’oscillazione LT è X1).

(6) In generale, a linea di alimentazione è a linea di terra di u circuitu sò più largu cà a linea di signale. Pudete utilizà a “Classe” in u menù “Design” per classificà a reta, chì hè divisa in rete di putenza è rete di signali. Hè cunvenutu per stabilisce e regule di cablaggio. Cambia a larghezza di a linea di a linea elettrica è a linea di signale.

(7) Diversi tipi di cablaggio ùn ponu micca formate un ciclu, è u filu di terra ùn pò micca fà un ciclu di corrente. Se un circuitu di loop hè generatu, pruvucarà assai interferenza in u sistema. Un metudu di cablaggio in catena di margherita pò esse usatu per questu, chì pò esse efficacemente evità a furmazione di loops, rami o stumps durante u cablaggio, ma ancu purtà à u prublema di cablaggio micca faciule.

(8) Sicondu i dati è u disignu di vari chips, stima u currente passatu da u circuitu di alimentazione è determina a larghezza di u filu necessariu. Sicondu a formula empirica: W (larghezza di linea) ≥ L (mm/A) × I (A).

Sicondu u currente, pruvate d’aumentà a larghezza di a linea elettrica è riduce a resistenza di u ciclu. À u listessu tempu, fate a direzzione di a linea di forza è a linea di terra coherente cù a direzzione di a trasmissione di dati, chì aiuta à rinfurzà a capacità anti-rumore. Quandu hè necessariu, un dispusitivu di choke d’alta freccia fatta di ferrite ferita di filu di rame pò esse aghjuntu à a linea di energia è a linea di terra per bluccà a cunduzzione di u sonu d’alta frequenza.

(9) A larghezza di cablaggio di a listessa reta deve esse mantene a stessa. Variazioni in a larghezza di a linea pruvucarà l’impedenza caratteristica di a linea irregolare. Quandu a velocità di trasmissione hè alta, a riflessione si farà, chì deve esse evitata quant’è pussibule in u disignu. À u listessu tempu, cresce a larghezza di a linea parallela. Quandu a distanza di u centru di a linea ùn supera 3 volte a larghezza di a linea, u 70% di u campu elettricu pò esse mantinutu senza interferenza mutuale, chì hè chjamatu u principiu 3W. In questu modu, l’influenza di a capacità distribuita è l’induttanza distribuita causata da linee parallele pò esse superatu.

4 Disegnu di u cordone di alimentazione è u filu di terra

Per risolve a caduta di tensione causata da u rumore di l’alimentazione è l’impedenza di a linea introdutte da u circuitu d’alta freccia, l’affidabilità di u sistema di alimentazione in u circuitu d’alta frequenza deve esse cunsideratu cumpletamente. Ci sò generalmente duie suluzioni: una hè di utilizà a tecnulugia di l’autobus per u cablaggio; l’altru hè di utilizà una strata di alimentazione separata. In paragone, u prucessu di fabricazione di l’ultimi hè più cumplicatu è u costu hè più caru. Dunque, a tecnulugia di l’autobus di putenza di rete pò esse aduprata per u cablaggio, per quessa chì ogni cumpunente appartene à un ciclu sfarente, è a corrente in ogni bus in a reta tende à esse equilibrata, riducendu a caduta di tensione causata da l’impedenza di a linea.

A putenza di trasmissione d’alta frequenza hè relativamente grande, pudete aduprà una grande zona di rame, è truvà un pianu di terra di bassa resistenza vicinu per a terra multipli. Perchè l’induttanza di u filu di terra hè proporzionale à a frequenza è a lunghezza, l’impedenza di a terra cumuna serà aumentata quandu a frequenza operativa hè alta, chì aumenterà l’interferenza elettromagnetica generata da l’impedenza di a terra cumuna, cusì a lunghezza di u filu di terra hè. bisognu di esse u più breve pussibule. Pruvate di riduce a lunghezza di a linea di signale è cresce l’area di u ciclu di terra.

Pone unu o parechji condensatori di decoupling d’alta frequenza nantu à a putenza è a terra di u chip per furnisce un canali d’alta freccia vicinu per u currente transitoriu di u chip integratu, in modu chì u currente ùn passa micca per a linea di alimentazione cù un grande loop. zona, cusì riducendu assai U rumore radiated à l’esternu. Sceglite condensatori ceramichi monolitichi cù boni segnali d’alta freccia cum’è condensatori di decoupling. Aduprate condensatori di tantalu di grande capacità o condensatori di poliester invece di condensatori elettrolitici cum’è condensatori di almacenamiento d’energia per a carica di circuitu. Perchè l’induttanza distribuita di u condensatore elettroliticu hè grande, ùn hè micca validu per a freccia alta. Quandu si usanu condensatori elettrolitici, l’utilizanu in coppie cù condensatori di decoupling cun boni caratteristiche d’alta freccia.

5 Altre tecniche di cuncepimentu di circuitu à alta velocità

L’impedenza di l’impedenza si riferisce à un statu di travagliu in u quale l’impedenza di carica è l’impedenza interna di a fonte di eccitazione sò adattate l’una à l’altru per ottene a potenza massima. Per u cablaggio di PCB d’alta velocità, per impedisce a riflessione di u signale, l’impedenza di u circuitu deve esse 50 Ω. Questa hè una figura apprussimata. In generale, hè stipulatu chì a banda di base di u cable coaxial hè 50 Ω, a banda di frequenza hè 75 Ω, è u filu torciatu hè 100 Ω. Hè solu un interu, per a cunvenzione di cuncurrenza. Sicondu l’analisi di u circuitu specificu, a terminazione AC parallela hè aduttata, è a reta di resistori è condensatori sò aduprate cum’è l’impedenza di terminazione. A resistenza di terminazione R deve esse menu o uguale à l’impedenza di a linea di trasmissione Z0, è a capacità C deve esse più grande di 100 pF. Hè cunsigliatu di utilizà condensatori ceramichi multilayer 0.1UF. U capacitore hà a funzione di bluccà a freccia bassa è di passà a freccia alta, cusì a resistenza R ùn hè micca a carica DC di a fonte di guida, cusì stu metudu di terminazione ùn hà micca un cunsumu d’energia DC.

Crosstalk si riferisce à l’interferenza di rumore di tensione indesiderata causata da l’accoppiamentu elettromagneticu à e linee di trasmissione adiacenti quandu u signale si propaga nantu à a linea di trasmissione. L’accoppiamentu hè divisu in accoppiamentu capacitivu è accoppiamentu induttivu. Una diafonia eccessiva pò causà falsa attivazione di u circuitu è ​​causanu chì u sistema ùn funziona normalmente. Sicondu alcune caratteristiche di a diafonia, parechji metudi principali per riduce a diafonia ponu esse riassunti:

(1) Aumentà a spaziatura di e linee, riduce a lunghezza parallela, è utilizate u metudu di jog per cablare se ne necessariu.

(2) Quandu e linee di segnali d’alta velocità incontranu e cundizioni, l’aghjunzione di a cuncordanza di terminazione pò riduce o eliminà e riflessioni, riducendu cusì a diafonia.

(3) Per e linee di trasmissione microstrip è e linee di trasmissione di striscia, restringe l’altezza di traccia à l’intervallu sopra u pianu di terra pò riduce significativamente a diafonia.

(4) Quandu u spaziu di cablaggio permette, inserisce un filu di terra trà i dui fili cù una diafonia più seria, chì pò ghjucà un rolu in isolamentu è riduce a diafonia.

A causa di a mancanza di analisi d’alta veloce è guida di simulazione in u disignu di PCB tradiziunale, a qualità di u signale ùn pò esse garantita, è a maiò parte di i prublemi ùn ponu esse scuperti finu à a prova di fabricazione di piastra. Questu reduce assai l’efficienza di u disignu è aumenta u costu, chì hè ovviamente svantaghju in a feroce cumpetizione di u mercatu. Per quessa, per u disignu di PCB d’alta velocità, e persone in l’industria anu prupostu una nova idea di disignu, chì hè diventata un metudu di cuncepimentu “top-down”. Dopu una varietà di analisi di pulitica è ottimisazione, a maiò parte di i prublemi pussibuli sò stati evitati è assai risparmi sò stati fatti. U tempu per assicurà chì u budgetu di u prugettu hè cumpletu, pruducia tavule stampate d’alta qualità, è evitanu errori di teste fastidiosi è costosi.

L’usu di e linee differenziali per trasmette segnali digitale hè una misura efficace per cuntrullà i fatturi chì distrughjenu l’integrità di u signale in i circuiti digitali d’alta velocità. A linea differenziale nantu à u circuitu stampatu hè equivalente à una coppia di linea di trasmissione integrata à microonde differenziale chì travaglia in modu quasi-TEM. Frà elli, a linea differenziale in a cima o in fondu di u PCB hè equivalente à a linea di microstrip accoppiata è si trova nantu à a capa interna di u PCB multilayer. U signale digitale hè trasmessu nantu à a linea differenziale in un modu di trasmissione in modu stranu, vale à dì, a differenza di fase trà i segnali pusitivi è negativi hè di 180 °, è u rumore hè accoppiatu in un paru di linee differenziali in un modu cumuni. A tensione o currente di u circuitu hè sottrattu, perchè u signale pò esse acquistatu per eliminà u rumore di u modu cumuni. L’ampiezza di bassa tensione o l’output di corrente di a coppia di linea differenziale soddisfa i requisiti di integrazione à alta velocità è cunsumu d’energia bassu.

6 rimarche cunclusive

Cù u sviluppu cuntinuu di a tecnulugia elettronica, hè imperativu di capiscenu a teoria di l’integrità di u signale per guidà è verificà u disignu di PCB d’alta veloce. Certi spirienza riassuntu in stu articulu pò aiutà à i diseggiani circuiti PCB high-vitezza accurtà u ciculu di sviluppu, evitari detours innecessarii, è salvà risorse umane è materiali. I diseggiani duveranu cuntinuà à ricercà è esplorà in u travagliu attuale, cuntinueghjanu à accumulà sperienza, è cunghjuntà e tecnulugia novi per cuncepisce schede di circuiti PCB d’alta velocità cù prestazioni eccellenti.