در حال حاضر فرکانس بالا و PCB پرسرعت طراحی به جریان اصلی تبدیل شده است و هر مهندس طرح‌بندی PCB باید ماهر باشد. در ادامه بانرمی بخشی از تجربه طراحی متخصصان سخت افزار در مدارهای مدار چاپی پر فرکانس و پرسرعت را با شما به اشتراک می گذارد و امیدوارم برای همه مفید باشد.

1. چگونه از تداخل فرکانس بالا جلوگیری کنیم؟

ایده اصلی اجتناب از تداخل فرکانس بالا، به حداقل رساندن تداخل میدان الکترومغناطیسی سیگنال‌های فرکانس بالا است که اصطلاحاً کراستالک (Crosstalk) نامیده می‌شود. می توانید فاصله بین سیگنال پرسرعت و سیگنال آنالوگ را افزایش دهید یا ردهای محافظ زمین/شنت را در کنار سیگنال آنالوگ اضافه کنید. همچنین به تداخل نویز از زمین دیجیتال به زمین آنالوگ توجه کنید.

2. چگونه تطبیق امپدانس را هنگام طراحی شماتیک های طراحی PCB با سرعت بالا در نظر بگیریم؟

هنگام طراحی مدارهای PCB با سرعت بالا، تطبیق امپدانس یکی از عناصر طراحی است. مقدار امپدانس با روش سیم کشی رابطه مطلق دارد، مانند راه رفتن روی لایه سطحی (microstrip) یا لایه داخلی (stripline/double stripline)، فاصله از لایه مرجع (لایه قدرت یا لایه زمین)، عرض سیم کشی، مواد PCB. و غیره. هر دو مقدار امپدانس مشخصه ردیابی را تحت تأثیر قرار می دهند. یعنی مقدار امپدانس را فقط پس از سیم کشی می توان تعیین کرد. به طور کلی، نرم افزار شبیه سازی نمی تواند برخی از شرایط سیم کشی با امپدانس ناپیوسته را به دلیل محدودیت مدل مدار یا الگوریتم ریاضی مورد استفاده در نظر بگیرد. در این زمان، فقط برخی از پایانه ها (پایان)، مانند مقاومت سری، می توانند در نمودار شماتیک رزرو شوند. کاهش اثر ناپیوستگی در امپدانس ردیابی. راه حل واقعی مشکل این است که از ناپیوستگی امپدانس در هنگام سیم کشی جلوگیری کنید.

3. در طراحی PCB پرسرعت، طراح باید قوانین EMC و EMI را در نظر بگیرد؟

به طور کلی، طراحی EMI/EMC باید هر دو جنبه تابشی و هدایت شده را همزمان در نظر بگیرد. اولی متعلق به قسمت فرکانس بالاتر (<30MHz) و دومی قسمت فرکانس پایین تر (<30MHz) است. بنابراین نمی توان فقط به فرکانس بالا توجه کرد و قسمت فرکانس پایین را نادیده گرفت. یک طراحی خوب EMI/EMC باید محل قرارگیری دستگاه، چیدمان پشته PCB، روش اتصال مهم، انتخاب دستگاه و غیره را در ابتدای طرح در نظر بگیرد. اگر از قبل هماهنگی بهتری وجود نداشته باشد، بعداً حل می شود. با نصف تلاش دو برابر نتیجه می دهد و هزینه را افزایش می دهد. به عنوان مثال، مکان ژنراتور ساعت نباید به کانکتور خارجی نزدیک باشد. سیگنال های پرسرعت باید تا حد امکان به لایه داخلی بروند. برای کاهش انعکاس به تطابق امپدانس مشخصه و پیوستگی لایه مرجع توجه کنید. سرعت حرکت سیگنالی که توسط دستگاه رانده می شود باید تا حد امکان کوچک باشد تا ارتفاع کاهش یابد. اجزای فرکانس، هنگام انتخاب یک خازن جداکننده/بای پس، به این نکته توجه کنید که آیا پاسخ فرکانسی آن الزامات کاهش نویز در صفحه قدرت را برآورده می کند یا خیر. علاوه بر این، به مسیر برگشت جریان سیگنال با فرکانس بالا توجه کنید تا ناحیه حلقه تا حد امکان کوچک شود (یعنی امپدانس حلقه تا حد ممکن کوچکتر شود) تا تابش کاهش یابد. همچنین می توان زمین را برای کنترل محدوده نویز با فرکانس بالا تقسیم کرد. در نهایت، زمین شاسی بین PCB و محفظه را به درستی انتخاب کنید.

4. چگونه برد PCB را انتخاب کنیم؟

انتخاب برد PCB باید تعادلی بین برآوردن الزامات طراحی و تولید انبوه و هزینه ایجاد کند. الزامات طراحی شامل قطعات الکتریکی و مکانیکی است. معمولاً این مشکل مواد در هنگام طراحی بردهای PCB با سرعت بسیار بالا (فرکانس بیشتر از گیگاهرتز) اهمیت بیشتری دارد. به عنوان مثال، مواد متداول FR-4 که ​​از دست دادن دی الکتریک در فرکانس چند گیگاهرتز استفاده می شود، تأثیر زیادی بر تضعیف سیگنال خواهد داشت و ممکن است مناسب نباشد. در مورد برق توجه داشته باشید که آیا ثابت دی الکتریک و تلفات دی الکتریک برای فرکانس طراحی شده مناسب هستند یا خیر.

5. چگونه می توان الزامات EMC را تا آنجا که ممکن است بدون ایجاد فشار هزینه زیاد برآورده کرد؟

افزایش هزینه برد PCB به دلیل EMC معمولاً به دلیل افزایش تعداد لایه های زمین برای افزایش اثر محافظ و افزودن مهره فریت، چوک و سایر دستگاه های سرکوب هارمونیک فرکانس بالا است. علاوه بر این، معمولاً لازم است ساختار محافظ در سایر مؤسسات مطابقت داده شود تا کل سیستم الزامات EMC را برآورده کند. موارد زیر تنها چند تکنیک طراحی برد PCB را برای کاهش اثر تشعشعات الکترومغناطیسی تولید شده توسط مدار ارائه می دهد.

سعی کنید دستگاهی با سرعت حرکت سیگنال پایین‌تر انتخاب کنید تا مولفه‌های فرکانس بالا تولید شده توسط سیگنال را کاهش دهید.

به قرار دادن قطعات با فرکانس بالا توجه کنید، نه خیلی نزدیک به کانکتور خارجی.

به تطابق امپدانس سیگنال های پرسرعت، لایه سیم کشی و مسیر جریان برگشتی آن توجه کنید تا بازتاب و تشعشع با فرکانس بالا کاهش یابد.

خازن های جداکننده کافی و مناسب را روی پایه های منبع تغذیه هر دستگاه قرار دهید تا نویز روی صفحه قدرت و صفحه زمین کاهش یابد. توجه ویژه ای به اینکه آیا پاسخ فرکانسی و ویژگی های دمایی خازن با الزامات طراحی مطابقت دارد یا خیر.

زمین نزدیک کانکتور خارجی را می توان به درستی از زمین جدا کرد و زمین کانکتور را می توان به زمین شاسی نزدیک متصل کرد.

ردپای محافظ زمین/شنت را می توان به طور مناسب در کنار برخی سیگنال های ویژه با سرعت بالا استفاده کرد. اما به تأثیر ردهای محافظ/شنت بر امپدانس مشخصه ردیابی توجه کنید.

لایه قدرت 20H از لایه زمین کوچک می شود و H فاصله بین لایه قدرت و لایه زمین است.

6. هنگام طراحی، مسیریابی و چیدمان PCB فرکانس بالا بالای 2G باید به چه جنبه هایی توجه کرد؟

PCBهای فرکانس بالا بالای 2G متعلق به طراحی مدارهای فرکانس رادیویی هستند و در محدوده بحث طراحی مدارهای دیجیتال پرسرعت نیستند. چیدمان و مسیریابی مدار فرکانس رادیویی باید همراه با شماتیک در نظر گرفته شود، زیرا چیدمان و مسیریابی باعث ایجاد اثرات توزیع می شود. علاوه بر این، برخی از دستگاه‌های غیرفعال در طراحی مدارهای فرکانس رادیویی از طریق تعاریف پارامتری و فویل‌های مسی با شکل خاص محقق می‌شوند. بنابراین، ابزارهای EDA برای تهیه دستگاه های پارامتری و ویرایش فویل های مسی با شکل خاص مورد نیاز هستند. هیئت مدیره منتور دارای یک ماژول طراحی RF ویژه است که می تواند این الزامات را برآورده کند. علاوه بر این، طراحی عمومی RF به ابزارهای تخصصی تجزیه و تحلیل مدار RF نیاز دارد. معروف ترین در این صنعت eesoft agilent است که رابط خوبی با ابزارهای Mentor دارد.

7. آیا افزودن نقاط تست بر کیفیت سیگنال های پرسرعت تاثیر می گذارد؟

اینکه آیا کیفیت سیگنال را تحت تأثیر قرار می دهد یا خیر بستگی به روش افزودن نقاط تست و سرعت سیگنال دارد. اساساً، نقاط تست اضافی (از پین موجود از طریق یا DIP به عنوان نقاط آزمایش استفاده نکنید) ممکن است به خط اضافه شود یا یک خط کوتاه از خط کشیده شود. اولی معادل اضافه کردن یک خازن کوچک در خط است، دومی یک شاخه اضافی است. هر دوی این شرایط کم و بیش بر سیگنال پرسرعت تأثیر می گذارد و میزان تأثیر به سرعت فرکانس سیگنال و نرخ لبه سیگنال مربوط می شود. بزرگی ضربه را می توان از طریق شبیه سازی شناخت. در اصل، هر چه نقطه تست کوچکتر باشد، بهتر (البته باید الزامات ابزار تست را برآورده کند) هرچه انشعاب کوتاهتر باشد، بهتر است.