PCB σχεδίαση μεθόδου δρομολόγησης αναλογικού σήματος εισόδου υψηλής ταχύτητας

Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος της γραμμής, τόσο ισχυρότερη είναι η ικανότητα κατά των παρεμβολών και τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα του σήματος (η επιρροή του εφέ δέρματος). Ταυτόχρονα όμως πρέπει να είναι εγγυημένη η απαίτηση χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης 50Ω. Κανονική πλακέτα FR4, η σύνθετη αντίσταση πλάτους γραμμής επιφάνειας 6MIL είναι 50Ω. Αυτό προφανώς δεν μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις ποιότητας σήματος της αναλογικής εισόδου υψηλής ταχύτητας, επομένως χρησιμοποιούμε γενικά το hollowing GND02 και το αφήνουμε να αναφέρεται στο επίπεδο ART03. Με αυτόν τον τρόπο, το διαφορικό σήμα μπορεί να μετρηθεί ως 12/10 και η απλή γραμμή μπορεί να μετρηθεί ως 18 MIL. (Σημειώστε ότι το πλάτος της γραμμής υπερβαίνει τα 18 MIL και στη συνέχεια η διεύρυνση δεν έχει νόημα)

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Το CLINE που επισημαίνεται με πράσινο στο σχήμα αναφέρεται στην αναλογική είσοδο μονής γραμμής και διαφορικής υψηλής ταχύτητας του στρώματος ART03. Ενώ το κάνετε αυτό, πρέπει να ληφθούν υπόψη ορισμένες λεπτομέρειες:

(1) Το τμήμα προσομοίωσης του επιπέδου TOP πρέπει να συσκευαστεί, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Πρέπει να σημειωθεί ότι η απόσταση από τον γειωμένο χαλκό στην αναλογική είσοδο CLINE πρέπει να είναι 3W, δηλαδή το AIRGAP από την άκρη του χαλκού στο CLINE είναι διπλάσιο από το πλάτος της γραμμής. Σύμφωνα με ορισμένους ηλεκτρομαγνητικούς θεωρητικούς υπολογισμούς και προσομοιώσεις, το μαγνητικό πεδίο και το ηλεκτρικό πεδίο των γραμμών σήματος στο PCB κατανέμονται κυρίως στην περιοχή των 3W. (Η παρεμβολή θορύβου από τα γύρω σήματα είναι μικρότερη ή ίση με 1%).

(2) Ο χαλκός GND του θετικού στρώματος της αναλογικής περιοχής πρέπει επίσης να απομονωθεί από τη γύρω ψηφιακή περιοχή, δηλαδή όλα τα στρώματα είναι απομονωμένα.

(3) Για το κούφωμα του GND02, συνήθως κούφουμε όλη αυτή την περιοχή, οπότε η λειτουργία είναι σχετικά απλή και δεν υπάρχει πρόβλημα. Όμως, λαμβάνοντας υπόψη τις λεπτομέρειες ή για να τα κάνουμε καλύτερα, μπορούμε μόνο να κουφώσουμε το τμήμα καλωδίωσης της αναλογικής εισόδου, φυσικά, το ίδιο με το TOP layer, την περιοχή των 3W. Αυτό μπορεί να εγγυηθεί την ποιότητα του σήματος και την επιπεδότητα της πλακέτας. Το αποτέλεσμα της επεξεργασίας έχει ως εξής:

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Με αυτόν τον τρόπο, η διαδρομή επιστροφής του αναλογικού σήματος εισόδου υψηλής ταχύτητας μπορεί να ανανεωθεί γρήγορα στο επίπεδο GND02. Δηλαδή, η προσομοιωμένη διαδρομή επιστροφής εδάφους γίνεται μικρότερη.

(4) Τρυπήστε ακανόνιστα έναν μεγάλο αριθμό αγωγών GND γύρω από το αναλογικό σήμα υψηλής ταχύτητας για να κάνετε το αναλογικό σήμα να επιστρέψει γρήγορα. Μπορεί επίσης να απορροφήσει θόρυβο.

Κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας PCB

Κανόνας 1: Κανόνες θωράκισης δρομολόγησης σήματος PCB υψηλής ταχύτητας Στη σχεδίαση PCB υψηλής ταχύτητας, η δρομολόγηση βασικών γραμμών σήματος υψηλής ταχύτητας, όπως τα ρολόγια, πρέπει να θωρακίζεται. Εάν δεν υπάρχει θωράκιση ή μόνο μέρος της, θα προκαλέσει διαρροή EMI. Συνιστάται το θωρακισμένο σύρμα να γειώνεται με οπή ανά 1000 mil.

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Κανόνας 2: Κανόνες κλειστού βρόχου δρομολόγησης σημάτων υψηλής ταχύτητας

Λόγω της αυξανόμενης πυκνότητας των πλακών PCB, πολλοί μηχανικοί PCB LAYOUT είναι επιρρεπείς σε λάθος στη διαδικασία δρομολόγησης, δηλαδή σε δίκτυα σημάτων υψηλής ταχύτητας, όπως σήματα ρολογιού, που παράγουν αποτελέσματα κλειστού βρόχου κατά τη δρομολόγηση πολυεπίπεδων PCB. Ως αποτέλεσμα ενός τέτοιου κλειστού βρόχου, θα παραχθεί μια κεραία βρόχου, η οποία θα αυξήσει την ένταση ακτινοβολίας του EMI.

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Κανόνας 3: Κανόνες ανοιχτού βρόχου δρομολόγησης σήματος υψηλής ταχύτητας

Ο κανόνας 2 αναφέρει ότι ο κλειστός βρόχος των σημάτων υψηλής ταχύτητας θα προκαλέσει ακτινοβολία EMI, αλλά ο ανοιχτός βρόχος θα προκαλέσει επίσης ακτινοβολία EMI.

Δίκτυα σημάτων υψηλής ταχύτητας, όπως σήματα ρολογιού, μόλις προκύψει ένα αποτέλεσμα ανοιχτού βρόχου όταν δρομολογηθεί το πολυστρωματικό PCB, θα παραχθεί μια γραμμική κεραία, η οποία αυξάνει την ένταση ακτινοβολίας EMI.

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Κανόνας 4: Χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση κανόνας συνέχειας σήματος υψηλής ταχύτητας

Για σήματα υψηλής ταχύτητας, η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση πρέπει να είναι η συνέχεια κατά την εναλλαγή μεταξύ των επιπέδων, διαφορετικά θα αυξήσει την ακτινοβολία EMI. Με άλλα λόγια, το πλάτος της καλωδίωσης του ίδιου στρώματος πρέπει να είναι συνεχές και η σύνθετη αντίσταση της καλωδίωσης των διαφορετικών στρωμάτων πρέπει να είναι συνεχής.

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Κανόνας 5: Κανόνες κατεύθυνσης καλωδίωσης για σχεδιασμό PCB υψηλής ταχύτητας

Η καλωδίωση μεταξύ δύο γειτονικών στρωμάτων πρέπει να ακολουθεί την αρχή της κάθετης καλωδίωσης, διαφορετικά θα προκαλέσει διασταύρωση μεταξύ των γραμμών και θα αυξήσει την ακτινοβολία EMI.

Εν ολίγοις, τα παρακείμενα στρώματα καλωδίωσης ακολουθούν τις οριζόντιες και κάθετες κατευθύνσεις καλωδίωσης και η κατακόρυφη καλωδίωση μπορεί να καταστείλει την αλληλεπίδραση μεταξύ των γραμμών.

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Κανόνας 6: Κανόνες τοπολογικής δομής στο σχεδιασμό PCB υψηλής ταχύτητας

Στη σχεδίαση PCB υψηλής ταχύτητας, ο έλεγχος της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης της πλακέτας κυκλώματος και ο σχεδιασμός της τοπολογικής δομής υπό συνθήκες πολλαπλού φορτίου καθορίζουν άμεσα την επιτυχία ή την αποτυχία του προϊόντος.

Το σχήμα δείχνει μια τοπολογία αλυσίδας μαργαρίτας, η οποία είναι γενικά ευεργετική όταν χρησιμοποιείται σε λίγα Mhz. Συνιστάται η χρήση συμμετρικής δομής σε σχήμα αστεριού στο πίσω άκρο σε σχεδιασμό PCB υψηλής ταχύτητας.

Μέθοδος και κανόνες δρομολόγησης αναλογικών σημάτων εισόδου υψηλής ταχύτητας σχεδίασης PCB

Κανόνας 7: Κανόνας συντονισμού μήκους ίχνους

Ελέγξτε εάν το μήκος της γραμμής σήματος και η συχνότητα του σήματος αποτελούν συντονισμό, δηλαδή, όταν το μήκος της καλωδίωσης είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του μήκους κύματος σήματος 1/4, η καλωδίωση θα αντηχεί και ο συντονισμός θα εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα και προκαλούν παρεμβολές.