Praegusel ajal kõrgsagedus- ja kiire PCB disain on muutunud peavooluks ja iga PCB paigutuse insener peaks olema asjatundlik. Järgmisena jagab Banermei teiega mõningaid kõrgsageduslike ja kiirete PCB-ahelate riistvaraekspertide projekteerimiskogemusi ning loodan, et see on kõigile kasulik.

1. Kuidas vältida kõrgsageduslikke häireid?

Kõrgsageduslike häirete vältimise põhiidee on minimeerida kõrgsageduslike signaalide elektromagnetvälja häireid, mis on nn crosstalk (Crosstalk). Saate suurendada kiirsignaali ja analoogsignaali vahelist kaugust või lisada analoogsignaali kõrvale maanduskaitse/šundijäljed. Pöörake tähelepanu ka müra häiretele digitaalsest maandusest analoogmaani.

2. Kuidas arvestada impedantsi sobitamist kiire PCB projekteerimisskeemide koostamisel?

Kiirete PCB-ahelate projekteerimisel on impedantsi sobitamine üks disainielemente. Takistuse väärtusel on absoluutne seos juhtmestiku meetodiga, näiteks kõndimine pinnakihil (mikroriba) või sisemisel kihil (ribiliin/topeltriba), kaugus võrdluskihist (toitekiht või maanduskiht), juhtmestiku laius, PCB materjal jne. Mõlemad mõjutavad jälje iseloomulikku impedantsi väärtust. See tähendab, et impedantsi väärtust saab määrata alles pärast juhtmestiku ühendamist. Üldiselt ei saa simulatsioonitarkvara vooluahela mudeli või kasutatava matemaatilise algoritmi piirangute tõttu arvesse võtta mõningaid katkendliku takistusega juhtmestiku tingimusi. Praegu saab skemaatilisel diagrammil reserveerida ainult mõnda terminaatorit (lõpetamist), näiteks jadatakistust. Leevendage jäljetakistuse katkestuse mõju. Probleemi tegelik lahendus on püüda vältida impedantsi katkestusi juhtmestiku ühendamisel.

3. Milliseid aspekte peaks projekteerija kiire PCB projekteerimisel arvestama EMC ja EMI reeglitega?

Üldjuhul peab EMI/EMC projekteerimisel arvestama samaaegselt nii kiirgus- kui ka läbiviidud aspekte. Esimene kuulub kõrgema sageduse osasse (<30MHz) ja teine ​​madalama sageduse osasse (<30MHz). Nii et te ei saa pöörata tähelepanu ainult kõrgele sagedusele ja ignoreerida madala sagedusega osa. Hea EMI/EMC projekteerimisel tuleb paigutuse alguses arvestada seadme asukohta, trükkplaatide pinu paigutust, olulist ühendusviisi, seadme valikut jne. Kui enne paremat korraldust ei ole, lahendatakse see pärast. See saavutab poole väiksema jõupingutusega kaks korda parema tulemuse ja suurendab kulusid. Näiteks ei tohiks kella generaatori asukoht olla välise pistiku lähedal. Kiired signaalid peaksid võimalikult palju minema sisemisele kihile. Peegelduste vähendamiseks pöörake tähelepanu iseloomulikule impedantsi sobitamisele ja võrdluskihi järjepidevusele. Seadme poolt surutava signaali pöördekiirus peaks kõrguse vähendamiseks olema võimalikult väike. Sageduskomponendid, valides lahtisidestus-/möödaviikkondensaatorit, pöörake tähelepanu sellele, kas selle sageduskarakteristik vastab toitetasandi müra vähendamise nõuetele. Lisaks pöörake tähelepanu kõrgsagedusliku signaali voolu tagasivoolule, et muuta ahela pindala võimalikult väikeseks (st silmuse impedants võimalikult väikeseks), et kiirgust vähendada. Maapinda saab jagada ka kõrgsagedusliku müra vahemiku juhtimiseks. Lõpuks vali korralikult šassii maandus PCB ja korpuse vahel.

4. Kuidas valida PCB-plaati?

PCB plaadi valikul tuleb leida tasakaal projekteerimisnõuete täitmise ning masstootmise ja kulude vahel. Projekteerimisnõuded hõlmavad nii elektrilisi kui ka mehaanilisi osi. Tavaliselt on see materjaliprobleem olulisem väga kiirete PCB-plaatide (sagedus suurem kui GHz) projekteerimisel. Näiteks tavaliselt kasutatav FR-4 materjal, dielektriline kadu sagedusel mitme GHz mõjutab signaali sumbumist suurel määral ja ei pruugi olla sobiv. Mis puudutab elektrit, siis pöörake tähelepanu sellele, kas dielektriline konstant ja dielektriline kadu sobivad kavandatud sagedusele.

5. Kuidas täita EMC nõudeid nii palju kui võimalik ilma liigset kulusurvet tekitamata?

EMC-st tingitud PCB-plaatide kallinemine on tavaliselt tingitud maanduskihtide arvu suurenemisest, et suurendada varjestusefekti, ning ferriithelmeste, drosselite ja muude kõrgsageduslike harmooniliste summutusseadmete lisamisest. Lisaks on tavaliselt vaja teiste asutuste varjestusstruktuuri sobitada, et kogu süsteem vastaks EMC nõuetele. Allpool on toodud vaid mõned PCB-plaadi projekteerimise tehnikad, mis vähendavad vooluringi tekitatud elektromagnetilise kiirguse efekti.

Proovige valida aeglasema signaali pöördekiirusega seade, et vähendada signaali tekitatud kõrgsageduskomponente.

Pöörake tähelepanu kõrgsageduslike komponentide paigutusele, mitte välispistikule liiga lähedale.

Kõrgsagedusliku peegelduse ja kiirguse vähendamiseks pöörake tähelepanu kiirete signaalide impedantsi sobitamisele, juhtmestiku kihile ja selle tagasivooluteele.

Paigaldage iga seadme toiteallika tihvtidele piisavalt ja sobivaid lahtisidestuskondensaatoreid, et leevendada müra toitetasandil ja maapinnal. Pöörake erilist tähelepanu sellele, kas kondensaatori sageduskarakteristik ja temperatuurinäitajad vastavad projekteerimisnõuetele.

Välispistiku lähedal asuva maanduse saab maapinnast korralikult eraldada ja pistiku maanduse saab ühendada lähedal asuva šassii maandusega.

Maakaitse-/šundijälgi saab asjakohaselt kasutada mõne spetsiaalse kiirsignaali kõrval. Kuid pöörake tähelepanu kaitse-/šundijälgede mõjule jälje iseloomulikule impedantsile.

Võimsuskiht kahaneb aluskihist 20H ja H on kaugus toitekihi ja aluskihi vahel.

6. Millistele aspektidele tuleks tähelepanu pöörata kõrgsageduslike trükkplaatide projekteerimisel, marsruutimisel ja paigutusel üle 2G?

Kõrgsageduslikud PCB-d üle 2G kuuluvad raadiosageduslike ahelate konstruktsiooni ja ei kuulu kiire digitaalse vooluahela kujunduse arutelu alla. Raadiosagedusahela paigutust ja marsruutimist tuleks käsitleda koos skeemiga, kuna paigutus ja marsruutimine põhjustavad jaotusefekte. Veelgi enam, mõned passiivsed seadmed raadiosagedusahelate projekteerimisel realiseeritakse parameetritega määratletud määratluste ja erikujuliste vaskfooliumide kaudu. Seetõttu on parameetritega seadmete pakkumiseks ja erikujuliste vaskfooliumite redigeerimiseks vaja EDA tööriistu. Mentori lauajaamal on spetsiaalne raadiosagedusliku disaini moodul, mis suudab neid nõudeid täita. Lisaks nõuab üldine raadiosageduslik projekteerimine spetsiaalseid RF-ahela analüüsi tööriistu. Valdkonnas on tuntuim agilenti eesoft, millel on hea liides Mentori tööriistadega.

7. Kas katsepunktide lisamine mõjutab kiirete signaalide kvaliteeti?

See, kas see mõjutab signaali kvaliteeti, sõltub testipunktide lisamise meetodist ja signaali kiirusest. Põhimõtteliselt võib liinile lisada täiendavaid katsepunkte (ärge kasutage katsepunktidena olemasolevat läbi- või DIP-tihvti) või tõmmata liinilt lühikese joone. Esimene on samaväärne väikese kondensaatori lisamisega liinile, teine ​​​​on lisaharu. Mõlemad tingimused mõjutavad kiiret signaali suuremal või vähemal määral ning mõju ulatus on seotud signaali sageduse kiiruse ja signaali servakiirusega. Löögi suurust saab teada simulatsiooni abil. Põhimõtteliselt on nii, et mida väiksem on katsepunkt, seda parem (loomulikult peab see vastama katsevahendi nõuetele) mida lühem on haru, seda parem.