En la actualidad, alta frecuencia y PCB de alta velocidad el diseño se ha convertido en la corriente principal, y todos los ingenieros de diseño de PCB deben ser competentes. A continuación, Banermei compartirá con ustedes parte de la experiencia de diseño de expertos en hardware en circuitos de PCB de alta frecuencia y alta velocidad, y espero que sea de utilidad para todos.

1. ¿Cómo evitar las interferencias de alta frecuencia?

La idea básica de evitar la interferencia de alta frecuencia es minimizar la interferencia del campo electromagnético de las señales de alta frecuencia, que es la llamada diafonía (Crosstalk). Puede aumentar la distancia entre la señal de alta velocidad y la señal analógica, o agregar trazas de derivación / protección de tierra junto a la señal analógica. También preste atención a la interferencia de ruido de la tierra digital a la tierra analógica.

2. ¿Cómo considerar la adaptación de impedancia al diseñar esquemas de diseño de PCB de alta velocidad?

Al diseñar circuitos de PCB de alta velocidad, la adaptación de impedancia es uno de los elementos del diseño. El valor de impedancia tiene una relación absoluta con el método de cableado, como caminar sobre la capa superficial (microcinta) o la capa interna (línea de banda / línea de banda doble), la distancia desde la capa de referencia (capa de potencia o capa de tierra), ancho del cableado, material de PCB , etc. Ambos afectarán el valor de impedancia característica de la traza. Es decir, el valor de impedancia solo se puede determinar después del cableado. Generalmente, el software de simulación no puede tener en cuenta algunas condiciones de cableado con impedancia discontinua debido a la limitación del modelo de circuito o al algoritmo matemático utilizado. En este momento, solo algunos terminadores (terminación), como la resistencia en serie, se pueden reservar en el diagrama esquemático. Aliviar el efecto de la discontinuidad en la impedancia de trazas. La verdadera solución al problema es intentar evitar las discontinuidades de impedancia en el cableado.

3. En el diseño de PCB de alta velocidad, ¿qué aspectos debe considerar el diseñador las reglas EMC y EMI?

Generalmente, el diseño EMI / EMC necesita considerar aspectos tanto radiados como conducidos al mismo tiempo. El primero pertenece a la parte de frecuencia más alta (<30MHz) y el segundo es la parte de frecuencia más baja (<30MHz). Por lo tanto, no puede simplemente prestar atención a la alta frecuencia e ignorar la parte de baja frecuencia. Un buen diseño EMI / EMC debe tener en cuenta la ubicación del dispositivo, la disposición de la pila de PCB, el método de conexión importante, la selección del dispositivo, etc., al comienzo del diseño. Si no hay un arreglo mejor de antemano, se resolverá después. Hará el doble de resultado con la mitad de esfuerzo y aumentará el costo. Por ejemplo, la ubicación del generador de reloj no debe estar cerca del conector externo. Las señales de alta velocidad deben ir a la capa interna tanto como sea posible. Preste atención a la adaptación de impedancia característica y la continuidad de la capa de referencia para reducir los reflejos. La velocidad de respuesta de la señal impulsada por el dispositivo debe ser lo más pequeña posible para reducir la altura. Los componentes de frecuencia, al elegir un condensador de desacoplamiento / derivación, preste atención a si su respuesta de frecuencia cumple con los requisitos para reducir el ruido en el plano de potencia. Además, preste atención a la ruta de retorno de la corriente de señal de alta frecuencia para hacer que el área del bucle sea lo más pequeña posible (es decir, la impedancia del bucle lo más pequeña posible) para reducir la radiación. El suelo también se puede dividir para controlar el rango de ruido de alta frecuencia. Finalmente, elija correctamente la tierra del chasis entre la PCB y la carcasa.

4. ¿Cómo elegir la placa PCB?

La elección de la placa PCB debe lograr un equilibrio entre el cumplimiento de los requisitos de diseño y la producción y el costo en masa. Los requisitos de diseño incluyen tanto piezas eléctricas como mecánicas. Por lo general, este problema de material es más importante cuando se diseñan placas PCB de muy alta velocidad (frecuencia superior a GHz). Por ejemplo, en el material FR-4 de uso común, la pérdida dieléctrica a una frecuencia de varios GHz tendrá una gran influencia en la atenuación de la señal y puede que no sea adecuada. En lo que respecta a la electricidad, preste atención a si la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica son adecuadas para la frecuencia diseñada.

5. ¿Cómo cumplir los requisitos de EMC tanto como sea posible sin causar demasiada presión en los costos?

El mayor costo de la placa PCB debido a EMC generalmente se debe al aumento del número de capas de tierra para mejorar el efecto de blindaje y la adición de cuentas de ferrita, estranguladores y otros dispositivos de supresión de armónicos de alta frecuencia. Además, generalmente es necesario hacer coincidir la estructura de blindaje en otras instituciones para que todo el sistema pase los requisitos de EMC. A continuación, solo se proporcionan algunas técnicas de diseño de placas de circuito impreso para reducir el efecto de radiación electromagnética generado por el circuito.

Intente elegir un dispositivo con una velocidad de respuesta de señal más lenta para reducir los componentes de alta frecuencia generados por la señal.

Preste atención a la ubicación de los componentes de alta frecuencia, no demasiado cerca del conector externo.

Preste atención a la coincidencia de impedancia de las señales de alta velocidad, la capa de cableado y su ruta de corriente de retorno, para reducir la reflexión y la radiación de alta frecuencia.

Coloque condensadores de desacoplamiento suficientes y adecuados en los pines de la fuente de alimentación de cada dispositivo para aliviar el ruido en el plano de potencia y el plano de tierra. Preste especial atención a si la respuesta de frecuencia y las características de temperatura del capacitor cumplen con los requisitos de diseño.

La tierra cerca del conector externo se puede separar correctamente de la tierra, y la tierra del conector se puede conectar a la tierra del chasis cercana.

Las trazas de protección / derivación de tierra se pueden usar adecuadamente junto con algunas señales especiales de alta velocidad. Pero preste atención a la influencia de las trazas de guarda / derivación en la impedancia característica de la traza.

La capa de energía se contrae 20 H de la capa de tierra, y H es la distancia entre la capa de energía y la capa de tierra.

6. ¿A qué aspectos se debe prestar atención al diseñar, enrutar y distribuir PCB de alta frecuencia por encima de 2G?

Los PCB de alta frecuencia por encima de 2G pertenecen al diseño de circuitos de radiofrecuencia y no están dentro del alcance de la discusión sobre el diseño de circuitos digitales de alta velocidad. El diseño y el enrutamiento del circuito de radiofrecuencia deben considerarse junto con el esquema, porque el diseño y el enrutamiento causarán efectos de distribución. Además, algunos dispositivos pasivos en el diseño de circuitos de radiofrecuencia se realizan mediante definiciones parametrizadas y láminas de cobre de formas especiales. Por lo tanto, se requieren herramientas EDA para proporcionar dispositivos parametrizados y editar láminas de cobre de formas especiales. La estación de placa de Mentor tiene un módulo de diseño de RF especial que puede cumplir con estos requisitos. Además, el diseño de RF general requiere herramientas especializadas de análisis de circuitos de RF. El más famoso de la industria es eesoft de Agilent, que tiene una buena interfaz con las herramientas de Mentor.

7. ¿La adición de puntos de prueba afectará la calidad de las señales de alta velocidad?

Si afectará la calidad de la señal depende del método de agregar puntos de prueba y de la velocidad de la señal. Básicamente, se pueden agregar puntos de prueba adicionales (no use la vía existente o el pin DIP como puntos de prueba) a la línea o extraer una línea corta de la línea. El primero equivale a agregar un pequeño condensador en la línea, el segundo es una rama adicional. Ambas condiciones afectarán más o menos a la señal de alta velocidad, y el alcance del efecto está relacionado con la velocidad de frecuencia de la señal y la velocidad de borde de la señal. La magnitud del impacto se puede conocer mediante simulación. En principio, cuanto más pequeño sea el punto de prueba, mejor (por supuesto, debe cumplir con los requisitos de la herramienta de prueba) cuanto más corta sea la rama, mejor.