1 otázky

S rozsáhlým nárůstem složitosti návrhu a integrace elektronických systémů jsou rychlosti hodin a doby náběhu zařízení stále rychlejší a rychlejší a vysokorychlostní PCB design se stal důležitou součástí procesu navrhování. Ve vysokorychlostním návrhu obvodu činí indukčnost a kapacita na lince obvodové desky vodič ekvivalentní přenosové lince. Nesprávné rozložení koncových součástí nebo nesprávné zapojení vysokorychlostních signálů může způsobit problémy s efektem přenosové linky, což má za následek nesprávný výstup dat ze systému, abnormální činnost obvodu nebo dokonce žádnou činnost. Na základě modelu přenosového vedení, shrnuto, přenosové vedení přinese do návrhu obvodu nepříznivé vlivy, jako je odraz signálu, přeslechy, elektromagnetické rušení, napájení a zemní šum.

Aby bylo možné navrhnout vysokorychlostní desku plošných spojů, která může spolehlivě fungovat, musí být návrh plně a pečlivě zvážen, aby se vyřešily některé nespolehlivé problémy, které mohou nastat během rozvržení a směrování, zkrátil se cyklus vývoje produktu a zlepšila se konkurenceschopnost trhu.

Jak používat návrhové nástroje PROTEL pro vysokorychlostní návrh DPS

2 Návrh uspořádání vysokofrekvenčního systému

V návrhu PCB obvodu je rozložení důležitým článkem. Výsledek rozmístění přímo ovlivní efekt zapojení a spolehlivost systému, což je na celém návrhu desky plošných spojů nejnáročnější a nejobtížnější. Komplexní prostředí vysokofrekvenční desky plošných spojů znesnadňuje návrh rozmístění vysokofrekvenčního systému na využití naučených teoretických znalostí. Vyžaduje to, aby osoba, která pokládá, měla bohaté zkušenosti s vysokorychlostní výrobou desek plošných spojů, aby se zabránilo oklikám v procesu návrhu. Zlepšete spolehlivost a efektivitu práce s obvody. Při návrhu uspořádání by měla být věnována komplexní pozornost mechanické struktuře, odvodu tepla, elektromagnetickému rušení, pohodlí budoucího zapojení a estetice.

Nejprve je před rozložením celý okruh rozdělen na funkce. Vysokofrekvenční obvod je oddělen od nízkofrekvenčního obvodu a analogový obvod a digitální obvod jsou odděleny. Každý funkční obvod je umístěn co nejblíže středu čipu. Vyhněte se zpoždění přenosu způsobenému příliš dlouhými vodiči a zlepšujte oddělovací účinek kondenzátorů. Kromě toho věnujte pozornost vzájemným polohám a směrům mezi kolíky a součástkami obvodu a dalšími elektronkami, abyste snížili jejich vzájemný vliv. Všechny vysokofrekvenční komponenty by měly být daleko od šasi a jiných kovových desek, aby se omezilo parazitní spojení.

Za druhé, pozornost by měla být věnována tepelným a elektromagnetickým účinkům mezi komponenty během návrhu. Tyto účinky jsou zvláště závažné u vysokofrekvenčních systémů a měla by být přijata opatření k udržení nebo izolaci tepla a stínění. Vysoce výkonná usměrňovací trubice a nastavovací trubice by měly být vybaveny radiátorem a měly by být umístěny mimo transformátor. Tepelně odolné součásti, jako jsou elektrolytické kondenzátory, by měly být umístěny mimo topné součásti, jinak dojde k vyschnutí elektrolytu, což povede ke zvýšenému odporu a špatnému výkonu, což ovlivní stabilitu obvodu. V rozložení by měl být ponechán dostatek místa pro uspořádání ochranné konstrukce a zabránění vnášení různých parazitních vazeb. Aby se zabránilo elektromagnetické vazbě mezi cívkami na desce s plošnými spoji, měly by být dvě cívky umístěny v pravém úhlu, aby se snížil koeficient vazby. Lze použít i metodu vertikální izolace desek. Nejlepší je použít přímo vývod součástky, která se má připájet k obvodu. Čím kratší náskok, tím lépe. Nepoužívejte konektory a pájecí plošky, protože mezi sousedními pájecími ploškami je rozložená kapacita a rozložená indukčnost. Vyvarujte se umístění vysokošumových komponentů kolem krystalového oscilátoru, RIN, analogového napětí a signálů referenčního napětí.

A konečně, při zajištění přirozené kvality a spolehlivosti, při zohlednění celkové krásy, by mělo být provedeno rozumné plánování desky plošných spojů. Komponenty by měly být rovnoběžné nebo kolmé k povrchu desky a rovnoběžné nebo kolmé k okraji hlavní desky. Rozmístění součástek na povrchu desky by mělo být co nejrovnoměrnější a hustota by měla být konzistentní. Tímto způsobem je nejen krásný, ale také se snadno montuje a svařuje a snadno se vyrábí ve velkém.

3 Zapojení vysokofrekvenčního systému

Ve vysokofrekvenčních obvodech nelze ignorovat distribuční parametry odporu, kapacity, indukčnosti a vzájemné indukčnosti propojovacích vodičů. Z hlediska ochrany proti rušení je rozumné zapojení pokusit se snížit odpor vedení, distribuovanou kapacitu a rozptylovou indukčnost v obvodu. , Výsledné rozptylové magnetické pole je redukováno na minimum, takže je potlačena rozložená kapacita, svodový magnetický tok, elektromagnetická vzájemná indukčnost a další rušení způsobené šumem.

Aplikace návrhových nástrojů PROTEL v Číně byla poměrně běžná. Mnoho návrhářů se však soustředí pouze na „rychlost širokopásmového připojení“ a vylepšení provedená návrhovými nástroji PROTEL, aby se přizpůsobily změnám charakteristik zařízení, nebyla při návrhu použita, což nejen zvyšuje plýtvání zdroji návrhových nástrojů. vážné, což ztěžuje uvedení vynikajícího výkonu mnoha nových zařízení do hry.

Níže jsou uvedeny některé speciální funkce, které může poskytnout nástroj PROTEL99 SE.

(1) Vodič mezi kolíky vysokofrekvenčního obvodového zařízení by měl být ohnut co nejméně. Nejlepší je použít plnou přímku. Při požadavku ohýbání lze použít 45° ohyby nebo oblouky, které mohou snížit vnější vyzařování vysokofrekvenčních signálů a vzájemné rušení. Spojení mezi. Při použití PROTEL pro směrování můžete vybrat 45 stupňů nebo Zaoblený v „Routing Corners“ v nabídce „pravidla“ v nabídce „Design“. K rychlému přepínání mezi řádky můžete také použít klávesy Shift + mezerník.

(2) Čím kratší je přívod mezi kolíky zařízení vysokofrekvenčního obvodu, tím lépe.

PROTEL 99 Nejúčinnějším způsobem, jak splnit nejkratší elektroinstalaci, je domluvit si schůzku elektroinstalace pro jednotlivé klíčové vysokorychlostní sítě před automatickým zapojením. „Topologie směrování“ v „pravidlech“ v nabídce „Návrh“.

Vyberte nejkratší.

(3) Střídání vrstev olova mezi kolíky zařízení vysokofrekvenčních obvodů je co nejmenší. To znamená, že čím méně prokovů je použito v procesu připojení komponent, tím lépe.

Jeden průchod může přinést asi 0.5 pF distribuované kapacity a snížení počtu průchodů může výrazně zvýšit rychlost.

(4) U vysokofrekvenčního zapojení věnujte pozornost „křížovému rušení“ způsobenému paralelním zapojením signálního vedení, tj. přeslechům. Pokud je paralelní distribuce nevyhnutelná, může být velká plocha „země“ uspořádána na opačné straně paralelního signálového vedení

Pro výrazné snížení rušení. Paralelní vedení ve stejné vrstvě je téměř nevyhnutelné, ale ve dvou sousedních vrstvách musí být směr vedení na sebe kolmý. V PROTELu to není těžké, ale je snadné to přehlédnout. V „RouTingLayers“ v nabídce „Design“ „pravidla“ vyberte Horizontal pro Toplayer a VerTICAL pro BottomLayer. Kromě toho je „Polygonplane“ poskytován v „místě“

Funkce povrchu polygonální mřížky měděné fólie, pokud umístíte mnohoúhelník jako povrch celé desky s plošnými spoji a připojíte tuto měď k GND obvodu, může to zlepšit schopnost vysokofrekvenčního rušení, má také větší výhody pro odvod tepla a pevnost tiskové desky.

(5) U zvláště důležitých signálních vedení nebo místních jednotek zaveďte opatření k uzavření zemnícího vodiče. „Označení vybraných objektů“ je k dispozici v „Nástrojích“ a tuto funkci lze použít k automatickému „obalení země“ vybraných důležitých signálních vedení (jako jsou oscilační obvody LT a X1).

(6) Obecně platí, že elektrické vedení a zemnící vedení obvodu jsou širší než signální vedení. Pro klasifikaci sítě můžete použít „Třídy“ v nabídce „Design“, která se dělí na napájecí síť a signální síť. Je vhodné nastavit pravidla zapojení. Přepněte šířku vedení elektrického vedení a signálního vedení.

(7) Různé typy vedení nemohou tvořit smyčku a zemnící vodič nemůže tvořit proudovou smyčku. Pokud se vytvoří smyčkový obvod, způsobí to velké rušení v systému. K tomu lze použít řetězovou metodu kabeláže, která může účinně zamezit vzniku smyček, větví nebo pahýlů při kabeláži, ale také přinese problém s nelehkou elektroinstalací.

(8) Podle údajů a provedení různých čipů odhadněte proud procházející obvodem napájení a určete požadovanou šířku vodiče. Podle empirického vzorce: W (šířka čáry) ≥ L (mm/A) × I (A).

Podle proudu zkuste zvětšit šířku elektrického vedení a snížit odpor smyčky. Současně zajistěte, aby byl směr elektrického vedení a zemního vedení konzistentní se směrem přenosu dat, což pomáhá zvýšit protihlukovou schopnost. V případě potřeby lze k elektrickému vedení a zemnicímu vedení přidat vysokofrekvenční tlumivku z měděného drátu vinutého feritu, aby se zablokovalo vedení vysokofrekvenčního šumu.

(9) Šířka vedení stejné sítě by měla být zachována. Změny šířky vedení způsobí nerovnoměrnou charakteristickou impedanci vedení. Při vysoké přenosové rychlosti dojde k odrazu, kterému je třeba se při návrhu co nejvíce vyhnout. Současně zvětšete šířku čáry rovnoběžných čar. Když vzdálenost středu vedení nepřesáhne 3násobek šířky vedení, lze udržet 70 % elektrického pole bez vzájemného rušení, čemuž se říká princip 3W. Tímto způsobem lze překonat vliv distribuované kapacity a distribuované indukčnosti způsobené paralelními vedeními.

4 Konstrukce napájecího kabelu a zemnicího vodiče

Aby se vyřešil úbytek napětí způsobený šumem napájecího zdroje a impedancí vedení zaváděnými vysokofrekvenčním obvodem, musí být plně zvážena spolehlivost napájecího systému ve vysokofrekvenčním obvodu. Obecně existují dvě řešení: jedním je použití technologie napájecí sběrnice pro kabeláž; druhým je použití samostatné vrstvy napájení. Ve srovnání s tím je jeho výrobní proces složitější a náklady jsou dražší. Proto lze pro zapojení použít technologii napájecí sběrnice síťového typu, takže každý komponent patří do jiné smyčky a proud na každé sběrnici v síti má tendenci být vyvážený, což snižuje pokles napětí způsobený impedancí vedení.

Vysokofrekvenční přenosový výkon je relativně velký, můžete použít velkou plochu mědi a poblíž najít nízkoodporovou zemní plochu pro vícenásobné uzemnění. Protože indukčnost zemnícího vodiče je úměrná frekvenci a délce, společná zemní impedance se zvýší, když je provozní frekvence vysoká, což zvýší elektromagnetické rušení generované společnou zemní impedancí, takže délka zemnícího vodiče je vyšší. musí být co nejkratší. Pokuste se zkrátit délku signálního vedení a zvětšit plochu zemní smyčky.

Nastavte jeden nebo několik vysokofrekvenčních oddělovacích kondenzátorů na napájení a kostru čipu, abyste zajistili blízký vysokofrekvenční kanál pro přechodový proud integrovaného čipu, takže proud neprochází napájecím vedením s velkou smyčkou oblast, čímž se výrazně snižuje hluk vyzařovaný ven. Jako oddělovací kondenzátory zvolte monolitické keramické kondenzátory s dobrými vysokofrekvenčními signály. Pro nabíjení obvodu použijte místo elektrolytických kondenzátorů velkokapacitní tantalové kondenzátory nebo polyesterové kondenzátory jako akumulátory energie. Protože rozložená indukčnost elektrolytického kondenzátoru je velká, je pro vysokou frekvenci neplatná. Při použití elektrolytických kondenzátorů je používejte ve dvojicích s oddělovacími kondenzátory s dobrými vysokofrekvenčními charakteristikami.

5 Další techniky návrhu vysokorychlostních obvodů

Impedanční přizpůsobení se týká pracovního stavu, ve kterém jsou impedance zátěže a vnitřní impedance zdroje buzení vzájemně přizpůsobeny pro dosažení maximálního výstupního výkonu. Pro vysokorychlostní zapojení PCB, aby se zabránilo odrazu signálu, je požadována impedance obvodu 50 Ω. Toto je přibližný údaj. Obecně je stanoveno, že základní pásmo koaxiálního kabelu je 50 Ω, frekvenční pásmo je 75 Ω a kroucený vodič je 100 Ω. Je to jen celé číslo, pro usnadnění shody. Podle specifické analýzy obvodu je použito paralelní zakončení střídavého proudu a jako zakončovací impedance se používá síť rezistoru a kondenzátoru. Zakončovací odpor R musí být menší nebo roven impedanci přenosového vedení Z0 a kapacita C musí být větší než 100 pF. Doporučuje se použít 0.1UF vícevrstvé keramické kondenzátory. Kondenzátor má funkci blokování nízké frekvence a procházení vysoké frekvence, takže odpor R není stejnosměrnou zátěží budícího zdroje, takže tento způsob zakončení nemá žádnou stejnosměrnou spotřebu energie.

Přeslechy se týkají nežádoucího rušení napěťového šumu způsobeného elektromagnetickou vazbou na sousední přenosová vedení, když se signál šíří přenosovým vedením. Vazba se dělí na kapacitní a indukční. Nadměrné přeslechy mohou způsobit falešné spuštění obvodu a způsobit, že systém nebude fungovat normálně. Podle některých charakteristik přeslechů lze shrnout několik hlavních metod pro snížení přeslechů:

(1) Zvětšete vzdálenost mezi řádky, zkraťte paralelní délku a v případě potřeby použijte metodu krokování.

(2) Když vysokorychlostní signálové linky splňují podmínky, přidáním přizpůsobení zakončení lze snížit nebo odstranit odrazy, a tím snížit přeslechy.

(3) U mikropáskových přenosových vedení a páskových přenosových vedení může omezení výšky stopy v rozsahu nad zemní rovinou významně snížit přeslechy.

(4) Když to prostor vedení dovolí, vložte mezi dva vodiče zemnící vodič se závažnějším přeslechem, který může hrát roli při izolaci a snížení přeslechů.

Kvůli nedostatku vysokorychlostní analýzy a simulačního vedení v tradičním návrhu PCB nelze zaručit kvalitu signálu a většinu problémů nelze odhalit až do testu výroby desek. To značně snižuje efektivitu návrhu a zvyšuje náklady, což je zjevně nevýhodné v tvrdé konkurenci na trhu. Proto pro vysokorychlostní návrh PCB lidé v oboru navrhli nový návrhový nápad, který se stal metodou „shora dolů“. Po různých analýzách a optimalizaci politik se většině možných problémů podařilo předejít a bylo dosaženo mnoha úspor. Je čas zajistit, aby byl dodržen rozpočet projektu, byly vyrobeny vysoce kvalitní desky s plošnými spoji a bylo zabráněno zdlouhavým a nákladným chybám při testování.

Použití diferenciálních vedení pro přenos digitálních signálů je účinným opatřením pro řízení faktorů, které ničí integritu signálu ve vysokorychlostních digitálních obvodech. Diferenciální vedení na desce s plošnými spoji je ekvivalentní páru diferenciálního mikrovlnného integrovaného přenosového vedení pracujícího v kvazi-TEM režimu. Mezi nimi je rozdílová čára na horní nebo spodní straně PCB ekvivalentní spojenému mikropáskovému vedení a je umístěna na vnitřní vrstvě vícevrstvé PCB. Digitální signál je přenášen na diferenciálním vedení v režimu přenosu v lichém režimu, to znamená, že fázový rozdíl mezi kladným a záporným signálem je 180° a šum je vázán na pár diferenciálních vedení ve společném režimu. Napětí nebo proud obvodu se odečte, takže lze získat signál pro eliminaci šumu v běžném režimu. Nízkonapěťový amplitudový nebo proudový výstup páru diferenciálního vedení splňuje požadavky vysokorychlostní integrace a nízké spotřeby energie.

6 závěrečné poznámky

S neustálým vývojem elektronických technologií je nezbytné porozumět teorii integrity signálu, aby bylo možné vést a ověřit návrh vysokorychlostních desek plošných spojů. Některé zkušenosti shrnuté v tomto článku mohou pomoci konstruktérům plošných spojů vysokorychlostních obvodů zkrátit vývojový cyklus, vyhnout se zbytečným oklikám a ušetřit pracovní sílu a materiální zdroje. Návrháři musí pokračovat ve výzkumu a prozkoumávání ve skutečné práci, pokračovat ve shromažďování zkušeností a kombinovat nové technologie pro navrhování vysokorychlostních desek plošných spojů s vynikajícím výkonem.