Derzeit sind Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsplatine Design ist zum Mainstream geworden, und jeder PCB-Layout-Ingenieur sollte kompetent sein. Als Nächstes wird Banermei einige der Designerfahrungen von Hardware-Experten für Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeits-PCB-Schaltungen mit Ihnen teilen, und ich hoffe, dass es für alle hilfreich sein wird.

1. Wie vermeidet man Hochfrequenzstörungen?

Die Grundidee zur Vermeidung hochfrequenter Störungen besteht darin, die elektromagnetischen Feldstörungen hochfrequenter Signale, das sogenannte Übersprechen (Crosstalk), zu minimieren. Sie können den Abstand zwischen dem Hochgeschwindigkeitssignal und dem analogen Signal vergrößern oder neben dem analogen Signal Ground Guard/Shunt-Spuren hinzufügen. Achten Sie auch auf die Rauschstörungen von der digitalen Masse zur analogen Masse.

2. Wie ist die Impedanzanpassung beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten-Designschaltplänen zu berücksichtigen?

Beim Entwerfen von Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenschaltungen ist die Impedanzanpassung eines der Designelemente. Der Impedanzwert hat einen absoluten Zusammenhang mit der Verdrahtungsmethode, wie z. B. Begehen der Oberflächenschicht (Mikrostreifen) oder Innenschicht (Streifenleitung/Doppelstreifenleitung), Abstand zur Referenzschicht (Leistungsschicht oder Masseschicht), Verdrahtungsbreite, Leiterplattenmaterial , usw. Beide wirken sich auf den charakteristischen Impedanzwert der Leiterbahn aus. Das heißt, der Impedanzwert kann erst nach der Verdrahtung ermittelt werden. Im Allgemeinen kann Simulationssoftware einige Verdrahtungsbedingungen mit diskontinuierlicher Impedanz aufgrund der Beschränkung des Schaltungsmodells oder des verwendeten mathematischen Algorithmus nicht berücksichtigen. Zu diesem Zeitpunkt können nur einige Abschlusswiderstände (Termination), wie z. B. Serienwiderstand, im Schaltplan reserviert werden. Verringern Sie den Effekt der Diskontinuität in der Leiterbahnimpedanz. Die eigentliche Lösung des Problems besteht darin, Impedanzsprünge bei der Verdrahtung zu vermeiden.

3. Welche Aspekte sollte der Designer beim Design von Hochgeschwindigkeits-PCBs EMV- und EMI-Regeln berücksichtigen?

Im Allgemeinen muss das EMI/EMV-Design sowohl gestrahlte als auch leitungsgebundene Aspekte gleichzeitig berücksichtigen. Ersteres gehört zum höherfrequenten Teil (<30MHz) und letzteres zum tieferfrequenten Teil (<30MHz). Sie können also nicht nur auf die Hochfrequenz achten und den Niederfrequenzanteil ignorieren. Ein gutes EMI/EMV-Design muss zu Beginn des Layouts die Position des Geräts, die Anordnung des Leiterplattenstapels, die wichtige Verbindungsmethode, die Geräteauswahl usw. berücksichtigen. Gibt es im Vorfeld keine bessere Absprache, wird dies im Nachhinein geklärt. Es wird das doppelte Ergebnis mit dem halben Aufwand erzielen und die Kosten erhöhen. Der Ort des Taktgenerators sollte sich beispielsweise nicht in der Nähe des externen Anschlusses befinden. Hochgeschwindigkeitssignale sollten so weit wie möglich an die innere Schicht geleitet werden. Achten Sie auf die charakteristische Impedanzanpassung und die Kontinuität der Referenzschicht, um Reflexionen zu reduzieren. Die Anstiegsgeschwindigkeit des vom Gerät übertragenen Signals sollte so gering wie möglich sein, um die Höhe zu reduzieren. Frequenzkomponenten Achten Sie bei der Auswahl eines Entkopplungs-/Bypass-Kondensators darauf, ob sein Frequenzgang die Anforderungen zur Reduzierung des Rauschens auf der Leistungsebene erfüllt. Achten Sie außerdem auf den Rückweg des hochfrequenten Signalstroms, um die Schleifenfläche so klein wie möglich (dh die Schleifenimpedanz so klein wie möglich) zu machen, um die Strahlung zu reduzieren. Der Boden kann auch geteilt werden, um den Bereich des hochfrequenten Rauschens zu kontrollieren. Wählen Sie schließlich die Chassis-Erdung zwischen der Platine und dem Gehäuse richtig.

4. Wie wählt man PWB-Brett?

Die Wahl der Leiterplatte muss ein Gleichgewicht zwischen der Erfüllung der Designanforderungen und der Massenproduktion und den Kosten finden. Die Designanforderungen umfassen sowohl elektrische als auch mechanische Teile. Normalerweise ist dieses Materialproblem bei der Entwicklung von Leiterplatten mit sehr hoher Geschwindigkeit (Frequenz größer als GHz) wichtiger. Bei dem üblicherweise verwendeten FR-4-Material hat der dielektrische Verlust bei einer Frequenz von mehreren GHz einen großen Einfluss auf die Signaldämpfung und ist möglicherweise nicht geeignet. Bei Elektrizität ist darauf zu achten, ob Dielektrizitätskonstante und Dielektrizitätsverluste für die ausgelegte Frequenz geeignet sind.

5. Wie kann man die EMV-Anforderungen bestmöglich erfüllen, ohne zu viel Kostendruck zu verursachen?

Die erhöhten Kosten der Leiterplatten aufgrund von EMV sind in der Regel auf die Erhöhung der Anzahl der Masseschichten zur Verbesserung der Abschirmwirkung und das Hinzufügen von Ferritperlen, Drosseln und anderen Vorrichtungen zur Unterdrückung von Hochfrequenz-Oberwellen zurückzuführen. Darüber hinaus ist es in der Regel erforderlich, den Schirmaufbau an andere Institutionen anzupassen, damit das gesamte System die EMV-Anforderungen erfüllt. Im Folgenden werden nur einige Entwurfstechniken für Leiterplatten vorgestellt, um den von der Schaltung erzeugten elektromagnetischen Strahlungseffekt zu reduzieren.

Versuchen Sie, ein Gerät mit einer langsameren Signalanstiegsrate zu wählen, um die vom Signal erzeugten Hochfrequenzkomponenten zu reduzieren.

Achten Sie auf die Platzierung von Hochfrequenzkomponenten, nicht zu nahe am externen Anschluss.

Achten Sie auf die Impedanzanpassung von Hochgeschwindigkeitssignalen, der Verdrahtungsschicht und ihrem Rückstrompfad, um hochfrequente Reflexionen und Strahlung zu reduzieren.

Platzieren Sie ausreichende und geeignete Entkopplungskondensatoren an den Stromversorgungspins jedes Geräts, um das Rauschen auf der Stromversorgungs- und Masseplatte zu verringern. Achten Sie besonders darauf, ob der Frequenzgang und die Temperatureigenschaften des Kondensators den Konstruktionsanforderungen entsprechen.

Die Masse in der Nähe des externen Anschlusses kann ordnungsgemäß von der Masse getrennt werden, und die Masse des Steckers kann mit der Gehäusemasse in der Nähe verbunden werden.

Neben einigen speziellen Hochgeschwindigkeitssignalen können Bodenschutz-/Nebenschlussspuren in geeigneter Weise verwendet werden. Beachten Sie jedoch den Einfluss von Guard/Shunt-Leiterbahnen auf den Wellenwiderstand der Leiterbahn.

Die Leistungsschicht schrumpft um 20H gegenüber der Masseschicht, und H ist der Abstand zwischen der Leistungsschicht und der Masseschicht.

6. Welche Aspekte sollten beim Design, Routing und Layout von Hochfrequenz-Leiterplatten über 2G beachtet werden?

Hochfrequenz-PCBs über 2G gehören zum Design von Hochfrequenzschaltungen und sind nicht Gegenstand der Diskussion des Designs von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Das Layout und Routing des Hochfrequenzkreises sollte zusammen mit dem Schaltplan betrachtet werden, da das Layout und das Routing Verteilungseffekte verursachen. Darüber hinaus werden einige passive Bauelemente im Design von Hochfrequenzschaltungen durch parametrisierte Definitionen und speziell geformte Kupferfolien realisiert. Daher werden EDA-Tools benötigt, um parametrisierte Geräte bereitzustellen und speziell geformte Kupferfolien zu bearbeiten. Die Boardstation von Mentor verfügt über ein spezielles HF-Designmodul, das diese Anforderungen erfüllen kann. Darüber hinaus erfordert das allgemeine HF-Design spezielle Werkzeuge zur Analyse von HF-Schaltungen. Das bekannteste in der Branche ist eesoft von agilent, das eine gute Schnittstelle zu den Tools von Mentor hat.

7. Beeinflusst das Hinzufügen von Testpunkten die Qualität von Hochgeschwindigkeitssignalen?

Ob dies die Signalqualität beeinflusst, hängt von der Methode zum Hinzufügen von Testpunkten und der Signalgeschwindigkeit ab. Grundsätzlich können zusätzliche Testpunkte (bestehende Via oder DIP-Pin nicht als Testpunkte verwenden) der Leitung hinzugefügt oder eine kurze Leitung aus der Leitung gezogen werden. Ersteres entspricht dem Hinzufügen eines kleinen Kondensators in der Leitung, letzteres ist ein zusätzlicher Zweig. Beide Bedingungen beeinflussen das Hochgeschwindigkeitssignal mehr oder weniger, und das Ausmaß des Effekts hängt von der Frequenzgeschwindigkeit des Signals und der Flankenrate des Signals ab. Das Ausmaß des Aufpralls kann durch Simulation ermittelt werden. Prinzipiell gilt: Je kleiner der Testpunkt, desto besser (er muss natürlich den Anforderungen des Testtools genügen), je kürzer der Ast, desto besser.