1 Küsimused

Seoses disaini keerukuse ja elektrooniliste süsteemide integreerimise ulatusliku suurenemisega muutuvad taktsagedused ja seadmete tõusuajad üha kiiremaks ja kiiremaks. kiire PCB design has become an important part of the design process. In high-speed circuit design, the inductance and capacitance on the circuit board line make the wire equivalent to a transmission line. Incorrect layout of termination components or incorrect wiring of high-speed signals can cause transmission line effect problems, resulting in incorrect data output from the system, abnormal circuit operation or even no operation at all. Based on the transmission line model, to sum up, the transmission line will bring adverse effects such as signal reflection, crosstalk, electromagnetic interference, power supply and ground noise to the circuit design.

Usaldusväärselt töötava kiire PCB trükkplaadi kavandamiseks tuleb konstruktsioon täielikult ja hoolikalt läbi mõelda, et lahendada mõned paigutuse ja marsruutimise käigus tekkida võivad ebausaldusväärsed probleemid, lühendada tootearendustsüklit ja parandada turu konkurentsivõimet.

Kuidas kasutada PROTELi projekteerimistööriistu kiire PCB projekteerimise jaoks

2 Kõrgsagedussüsteemi paigutus

Ahela PCB kujunduses on paigutus oluline lüli. Paigutuse tulemus mõjutab otseselt juhtmestiku efekti ja süsteemi töökindlust, mis on kogu trükkplaadi disainis kõige aeganõudvam ja keerulisem. Kõrgsageduslike trükkplaatide keerukas keskkond muudab kõrgsagedussüsteemi paigutuse keeruliseks õpitud teoreetiliste teadmiste kasutamise. See eeldab, et paika pannud isikul peab olema rikkalik kogemus kiire PCB tootmise alal, et vältida ümbersõite projekteerimisprotsessis. Parandage vooluringi töö usaldusväärsust ja tõhusust. Paigutamise käigus tuleks igakülgselt arvesse võtta mehaanilist struktuuri, soojuse hajumist, elektromagnetilisi häireid, tulevase juhtmestiku mugavust ja esteetikat.

First of all, before layout, the entire circuit is divided into functions. The high-frequency circuit is separated from the low-frequency circuit, and the analog circuit and the digital circuit are separated. Each functional circuit is placed as close as possible to the center of the chip. Avoid transmission delay caused by excessively long wires, and improve the decoupling effect of capacitors. In addition, pay attention to the relative positions and directions between the pins and circuit components and other tubes to reduce their mutual influence. All high-frequency components should be far away from the chassis and other metal plates to reduce parasitic coupling.

Teiseks tuleks paigutuse ajal pöörata tähelepanu komponentidevahelistele soojus- ja elektromagnetilistele mõjudele. Need mõjud on eriti tõsised kõrgsagedussüsteemide puhul ning tuleks võtta meetmeid soojuse ja varjestuse eemalhoidmiseks või isoleerimiseks. Suure võimsusega alaldi toru ja reguleerimistoru tuleks varustada radiaatoriga ja hoida trafost eemal. Kuumuskindlad komponendid, nagu elektrolüütkondensaatorid, tuleks hoida küttekomponentidest eemal, vastasel juhul kuivab elektrolüüt ära, mille tulemuseks on suurenenud takistus ja kehv jõudlus, mis mõjutab vooluahela stabiilsust. Paigutuses tuleks jätta piisavalt ruumi kaitsekonstruktsiooni korrastamiseks ja erinevate parasiitühenduste sissetoomise vältimiseks. Trükkplaadi poolide vahelise elektromagnetilise sidestuse vältimiseks tuleks need kaks mähist asetada risti, et sidestustegurit vähendada. Kasutada võib ka vertikaalse plaadi isolatsiooni meetodit. Parim on kasutada otse vooluringi joodetava komponendi juhet. Mida lühem juhe, seda parem. Ärge kasutage pistikuid ja jootelehti, kuna külgnevate jootekaartide vahel on jaotatud mahtuvus ja jaotatud induktiivsus. Vältige suure müraga komponentide paigutamist kristallostsillaatori, RIN-i, analoogpinge ja võrdluspinge signaalijälgede ümber.

Lõpuks, tagades loomupärase kvaliteedi ja töökindluse, võttes samal ajal arvesse üldist ilu, tuleks trükkplaadi mõistlik planeerimine läbi viia. Komponendid peaksid olema plaadi pinnaga paralleelsed või risti ning põhiplaadi servaga paralleelsed või risti. Komponentide jaotus plaadi pinnal peaks olema võimalikult ühtlane ja tihedus ühtlane. Nii pole see mitte ainult ilus, vaid ka lihtne kokku panna ja keevitada ning seda on lihtne masstootmine.

3 Wiring of high frequency system

Kõrgsageduslikes ahelates ei saa tähelepanuta jätta ühendusjuhtmete takistuse, mahtuvuse, induktiivsuse ja vastastikuse induktiivsuse jaotusparameetreid. Häiretõrje seisukohalt on mõistlik juhtmestik püüda vähendada ahela takistust, hajutatud mahtuvust ja hajuvat induktiivsust. , Saadud hajuv magnetväli vähendatakse miinimumini, nii et jaotatud mahtuvus, lekkemagnetvoog, elektromagnetiline vastastikune induktiivsus ja muud mürast põhjustatud häired on summutatud.

PROTELi disainitööriistade rakendamine Hiinas on olnud üsna levinud. Kuid paljud disainerid keskenduvad ainult “lairiba kiirusele” ja PROTEL-i disainitööriistade tehtud täiustusi, et kohaneda seadme omaduste muutustega, ei ole projekteerimisel kasutatud, mis mitte ainult ei muuda disainitööriistade ressursside raiskamist. tõsine, mis raskendab paljude uute seadmete suurepärase jõudluse mängimist.

Järgnevalt tutvustatakse mõningaid erifunktsioone, mida tööriist PROTEL99 SE suudab pakkuda.

(1) Kõrgsagedusliku vooluahela seadme kontaktide vaheline juhe peaks olema võimalikult vähe painutatud. Parim on kasutada täissirget joont. Kui on vaja painutada, võib kasutada 45° käänakuid või kaare, mis võivad vähendada kõrgsageduslike signaalide välist emissiooni ja vastastikuseid häireid. Ühendus vahel. Kui kasutate marsruutimiseks PROTEL-i, saate menüü “Disain” menüü “reeglid” jaotises “Routing Corners” valida 45-kraadi või ümardatud. Ridade kiireks vahetamiseks saate kasutada ka tõstuklahvi + tühikut.

(2) Mida lühem on juhe kõrgsagedusliku vooluringi seadme kontaktide vahel, seda parem.

PROTEL 99 Kõige tõhusam viis lühima juhtmestiku saavutamiseks on enne automaatset juhtmestikku leppida kokku üksikute võtmetähtsusega kiirete võrkude juhtmestik. “Marsruutimise topoloogia” menüüs “Disain” “reeglites”.

Select shortest.

(3) Alternation of lead layers between pins of high-frequency circuit devices is as small as possible. That is, the fewer vias used in the component connection process, the better.

One via can bring about 0.5pF of distributed capacitance, and reducing the number of vias can significantly increase the speed.

(4) Kõrgsagedusliku vooluringi juhtmestiku puhul pöörake tähelepanu signaaliliini paralleelse juhtmestiku tekitatud risthäiretele, st ülekõnele. Kui paralleeljaotus on vältimatu, saab paralleelse signaaliliini vastasküljele paigutada suure maapinna.

Häirete oluliseks vähendamiseks. Samas kihis paralleelne juhtmestik on peaaegu vältimatu, kuid kahes kõrvuti asetsevas kihis peab juhtmestiku suund olema üksteisega risti. Seda pole PROTELis keeruline teha, kuid sellest on lihtne mööda vaadata. Menüüs „Disain“ „reeglid“ jaotises „RouTingLayers“ valige Toplayeri jaoks Horisontaalne ja BottomLayeri jaoks vertikaalne. Lisaks on väljas “koht” ette nähtud “Polygonplane”

Hulknurkse võre vaskfooliumi pinna funktsioon, kui asetate hulknurga kogu trükkplaadi pinnaks ja ühendate selle vase vooluringi GND-ga, võib see parandada kõrgsageduslikku häiretevastast võimet. suurem kasu soojuse hajumisest ja trükiplaadi tugevusest.

(5) Rakendage eriti oluliste signaaliliinide või kohalike üksuste maandusjuhtmete kaitset. “Outline selectedobjects” on esitatud jaotises “Tööriistad” ja seda funktsiooni saab kasutada valitud oluliste signaaliliinide (nt võnkeahel LT ja X1) automaatseks “maapinnaks mähkimiseks”.

(6) Üldiselt on vooluahela toiteliin ja maandusliin signaaliliinist laiemad. Võrgu klassifitseerimiseks, mis jaguneb toitevõrguks ja signaalivõrguks, saate kasutada menüüs “Disain” olevat “Klassid”. Mugav on seadistada juhtmestiku reegleid. Lülitage elektriliini ja signaaliliini liini laiust.

(7) Erinevat tüüpi juhtmestik ei saa moodustada silmust ja maandusjuhe ei saa moodustada vooluahelat. Kui tekib silmusahel, põhjustab see süsteemis palju häireid. Selleks saab kasutada ahelaga juhtmestiku meetodit, mis võib tõhusalt vältida silmuste, okste või kändude tekkimist juhtmestiku paigaldamisel, kuid see toob kaasa ka juhtmestiku mittelihtsuse probleemi.

(8) Vastavalt erinevate kiipide andmetele ja konstruktsioonile hinnake toiteahelast läbitud voolu ja määrake vajalik juhtme laius. Empiirilise valemi järgi: W (joone laius) ≥ L (mm/A) × I (A).

Vastavalt voolule proovige suurendada elektriliini laiust ja vähendada silmuse takistust. Samal ajal muutke elektriliini ja maandusliini suund andmeedastussuunaga vastavusse, mis aitab parandada müravastast võimekust. Vajadusel saab elektriliinile ja maandusliinile lisada vasktraadiga mähitud ferriidist kõrgsagedusliku õhuklapi, et blokeerida kõrgsagedusmüra juhtivus.

(9) Sama võrgu juhtmestiku laius peaks jääma samaks. Joone laiuse kõikumised põhjustavad ebaühtlase liini iseloomuliku impedantsi. Kui edastuskiirus on suur, tekib peegeldus, mida tuleks disainis nii palju kui võimalik vältida. Samal ajal suurendage paralleelsete joonte joone laiust. Kui joone keskpunkti kaugus ei ületa 3 korda joone laiust, saab 70% elektriväljast säilitada ilma vastastikuste häireteta, mida nimetatakse 3W põhimõtteks. Sel viisil saab ületada paralleelsete joonte põhjustatud hajutatud mahtuvuse ja hajutatud induktiivsuse mõju.

4 Toitejuhtme ja maandusjuhtme konstruktsioon

Kõrgsagedusliku vooluahela tekitatud toiteallika mürast ja liinitakistusest põhjustatud pingelanguse lahendamiseks tuleb täielikult arvestada kõrgsagedusahela toitesüsteemi töökindlusega. Üldiselt on kaks lahendust: üks on kasutada juhtmestiku ühendamiseks toitesiinide tehnoloogiat; teine ​​​​on kasutada eraldi toiteallika kihti. Võrdluseks, viimase tootmisprotsess on keerulisem ja maksumus kallim. Seetõttu saab juhtmestiku ühendamiseks kasutada võrgutüüpi toitesiinide tehnoloogiat, nii et iga komponent kuulub erinevasse ahelasse ja võrgu iga siini vool kipub olema tasakaalus, vähendades liini impedantsi põhjustatud pingelangust.

Kõrgsageduslik edastusvõimsus on suhteliselt suur, saate kasutada suurt vasepinda ja leida lähedalt madala takistusega maatasapinna mitmekordseks maandamiseks. Kuna maandusjuhtme induktiivsus on võrdeline sageduse ja pikkusega, suureneb ühismaandustakistus, kui töösagedus on kõrge, mis suurendab ühise maandustakistuse tekitatud elektromagnetilisi häireid, nii et maandusjuhtme pikkus on peab olema võimalikult lühike. Proovige vähendada signaaliliini pikkust ja suurendada maandusahela pindala.

Seadke kiibi võimsusele ja maandusele üks või mitu kõrgsageduslikku lahtisidestuskondensaatorit, et tagada integreeritud kiibi siirdevoolule lähedalasuv kõrgsageduslik kanal, nii et vool ei läbiks suure ahelaga toiteliini. ala, vähendades seeläbi oluliselt Müra, mis kiirgas väljapoole. Lahutuskondensaatoriteks valige monoliitsed keraamilised kondensaatorid, millel on head kõrgsageduslikud signaalid. Kasutage elektrolüütkondensaatorite asemel suure võimsusega tantaalkondensaatoreid või polüesterkondensaatoreid energiasalvestuskondensaatoritena vooluahela laadimisel. Kuna elektrolüütkondensaatori hajutatud induktiivsus on suur, on see kõrge sagedusega kehtetu. Elektrolüütkondensaatorite kasutamisel kasutage neid paaris lahtisidestuskondensaatoritega, millel on head kõrgsageduslikud omadused.

5 Muud kiirete vooluahelate projekteerimise tehnikad

Impedantsi sobitamine viitab tööolekule, kus koormuse impedants ja ergutusallika sisetakistus on maksimaalse väljundvõimsuse saavutamiseks kohandatud üksteisega. Kiire PCB juhtmestiku puhul peab signaali peegeldumise vältimiseks vooluahela takistus olema 50 Ω. See on ligikaudne arv. Üldiselt on koaksiaalkaabli põhiriba 50 Ω, sagedusriba 75 Ω ja keerdjuhe 100 Ω. See on vaid täisarv sobitamise hõlbustamiseks. Konkreetse vooluringi analüüsi kohaselt võetakse vastu paralleelne vahelduvvooluots ning lõpptakistusena kasutatakse takisti ja kondensaatori võrku. Lõpptakistus R peab olema väiksem või võrdne ülekandeliini impedantsiga Z0 ja mahtuvus C peab olema suurem kui 100 pF. Soovitatav on kasutada 0.1UF mitmekihilisi keraamilisi kondensaatoreid. Kondensaatori funktsioon on madala sageduse blokeerimine ja kõrge sageduse läbimine, nii et takistus R ei ole juhtimisallika alalisvoolu koormus, mistõttu sellel lõpetamismeetodil pole alalisvoolu tarbimist.

Risttalk viitab soovimatutele pingemüra häiretele, mis on põhjustatud külgnevate ülekandeliinide elektromagnetilistest sidemetest, kui signaal levib ülekandeliinil. Sidestus jaguneb mahtuvuslikuks ja induktiivseks sidestuseks. Liigne ülekõla võib põhjustada vooluringi vale käivitamise ja süsteemi normaalse töö ebaõnnestumise. Vastavalt läbirääkimise mõningatele omadustele võib kokku võtta mitu peamist meetodit ülekõnede vähendamiseks:

(1) Suurendage reavahet, vähendage paralleeli pikkust ja vajadusel kasutage juhtmestiku ühendamiseks jooksumeetodit.

(2) Kui kiired signaaliliinid vastavad tingimustele, võib lõpetamise sobitamise lisamine vähendada või kõrvaldada peegeldusi, vähendades seeläbi ülekõla.

(3) Mikroriba ülekandeliinide ja ribade ülekandeliinide puhul võib jälje kõrguse piiramine alusplaadist kõrgemale vahemikku märkimisväärselt vähendada ülekõla.

(4) Kui juhtmestiku ruum seda võimaldab, sisestage kahe tõsisema läbirääkimisega juhtme vahele maandusjuhe, mis võib mängida isolatsiooni ja vähendada ülekuulamist.

Traditsioonilise PCB konstruktsiooni kiire analüüsi ja simulatsioonijuhiste puudumise tõttu ei saa signaali kvaliteeti tagada ja enamikku probleeme ei saa avastada enne plaadi valmistamise testi. See vähendab oluliselt disaini efektiivsust ja suurendab kulusid, mis on karmis turukonkurentsis ilmselgelt ebasoodne. Seetõttu on tööstuse inimesed kiire PCB projekteerimise jaoks välja pakkunud uue disainiidee, millest on saanud “ülalt-alla” disainimeetod. Pärast mitmekülgset poliitikaanalüüsi ja optimeerimist on enamik võimalikke probleeme välditud ja palju kokku hoitud. Aeg tagada projekti eelarve täitmine, kvaliteetsete trükitahvlite tootmine ning tüütute ja kulukate testivigade vältimine.

Diferentsiaalliinide kasutamine digitaalsete signaalide edastamiseks on tõhus meede selliste tegurite kontrollimiseks, mis hävitavad kiirete digitaalsete ahelate signaali terviklikkust. Trükkplaadi diferentsiaaljoon on samaväärne diferentsiaalse mikrolaine integreeritud ülekandeliini paariga, mis töötab kvaasi-TEM-režiimis. Nende hulgas on trükkplaadi üla- või alaosa diferentsiaaljoon samaväärne ühendatud mikroriba liiniga ja asub mitmekihilise PCB sisemisel kihil. Diferentsiaaljoon on samaväärne laia sidestatud ribaliiniga. Digitaalne signaal edastatakse diferentsiaalliinil paaritu režiimiga edastusrežiimis, see tähendab, et positiivse ja negatiivse signaali faaside vahe on 180° ning müra on ühendatud diferentsiaalliinide paaril ühises režiimis. Ahela pinge või vool lahutatakse, nii et on võimalik saada signaal ühisrežiimi müra kõrvaldamiseks. Diferentsiaalliinipaari madalpinge amplituud või vooluajami väljund vastab kiire integreerimise ja väikese energiatarbimise nõuetele.

6 lõppsõna

With the continuous development of electronic technology, it is imperative to understand the theory of signal integrity to guide and verify the design of high-speed PCBs. Some experience summarized in this article can help high-speed circuit PCB designers shorten the development cycle, avoid unnecessary detours, and save manpower and material resources. Designers must continue to research and explore in actual work, continue to accumulate experience, and combine new technologies to design high-speed PCB circuit boards with excellent performance.