1 kysymykset

Suunnittelun monimutkaisuuden ja elektronisten järjestelmien integroinnin lisääntyessä laajamittaisesti kellotaajuudet ja laitteiden nousuajat nopeutuvat yhä nopeammin, ja nopea PCB suunnittelusta on tullut tärkeä osa suunnitteluprosessia. Nopeiden piirien suunnittelussa piirilevylinjan induktanssi ja kapasitanssi tekevät johdosta siirtolinjan vastaavan. Päätekomponenttien virheellinen sijoittelu tai nopeiden signaalien virheellinen johdotus voi aiheuttaa siirtojohtovaikutusongelmia, jotka voivat johtaa virheelliseen datan ulostuloon järjestelmästä, epänormaaliin piirin toimintaan tai jopa toimimattomuuteen. Yhteenvetona voidaan todeta, että siirtolinjamallin perusteella siirtolinja tuo piirisuunnitteluun haitallisia vaikutuksia, kuten signaalin heijastumista, ylikuulumista, sähkömagneettisia häiriöitä, virtalähdettä ja maakohinaa.

Luotettavasti toimivan nopean PCB-piirilevyn suunnittelemiseksi suunnittelua on harkittava täysin ja huolellisesti, jotta voidaan ratkaista joitakin epäluotettavia ongelmia, joita voi esiintyä layoutissa ja reitityksessä, lyhentää tuotekehityssykliä ja parantaa markkinoiden kilpailukykyä.

Kuinka käyttää PROTEL-suunnittelutyökaluja nopeaan piirilevysuunnitteluun

2 Korkeataajuusjärjestelmän layout suunnittelu

Piirin piirilevysuunnittelussa layout on tärkeä linkki. Asettelun tulos vaikuttaa suoraan johdotusvaikutukseen ja järjestelmän luotettavuuteen, mikä on aikaavievin ja vaikein koko piirilevysuunnittelussa. Korkeataajuisten piirilevyjen monimutkainen ympäristö tekee suurtaajuusjärjestelmän layout-suunnittelusta vaikeaksi hyödyntää opittua teoreettista tietoa. Se edellyttää, että suunnittelevalla henkilöllä on oltava runsaasti kokemusta nopeiden piirilevyjen valmistuksesta, jotta vältytään kiertoteiltä suunnitteluprosessissa. Paranna piirityön luotettavuutta ja tehokkuutta. Asetteluprosessissa tulee ottaa kattavasti huomioon mekaaninen rakenne, lämmönpoisto, sähkömagneettiset häiriöt, tulevaisuuden johdotuksen mukavuus ja estetiikka.

Ensinnäkin ennen asettelua koko piiri on jaettu toimintoihin. Korkeataajuinen piiri on erotettu matalataajuisesta piiristä ja analoginen piiri ja digitaalinen piiri on erotettu. Jokainen toiminnallinen piiri on sijoitettu mahdollisimman lähelle sirun keskustaa. Vältä liian pitkien johtojen aiheuttamaa siirtoviivettä ja paranna kondensaattoreiden erotusvaikutusta. Kiinnitä lisäksi huomiota nastojen ja piirikomponenttien ja muiden putkien välisiin suhteisiin asentoihin ja suuntiin vähentääksesi niiden keskinäistä vaikutusta. Kaikkien korkeataajuisten komponenttien tulee olla kaukana rungosta ja muista metallilevyistä loisliitoksen vähentämiseksi.

Toiseksi on kiinnitettävä huomiota komponenttien välisiin lämpö- ja sähkömagneettisiin vaikutuksiin layoutin aikana. Nämä vaikutukset ovat erityisen vakavia suurtaajuusjärjestelmissä, ja toimenpiteitä lämmön ja suojan pitämiseksi loitolla tai eristämiseksi on toteutettava. Tehokas tasasuuntaajaputki ja säätöputki tulee varustaa jäähdyttimellä ja pitää kaukana muuntajasta. Lämmönkestävät komponentit, kuten elektrolyyttikondensaattorit, tulee pitää poissa lämmityskomponenteista, muuten elektrolyytti kuivuu, mikä johtaa lisääntyneeseen vastukseen ja huonoon suorituskykyyn, mikä vaikuttaa piirin vakauteen. Asetteluun tulee jättää riittävästi tilaa suojarakenteen järjestämiseksi ja erilaisten loisliitosten sisäänpääsyn estämiseksi. Painetun piirilevyn käämien välisen sähkömagneettisen kytkennän estämiseksi nämä kaksi käämiä tulee asettaa suorassa kulmassa kytkentäkertoimen pienentämiseksi. Voidaan käyttää myös pystysuoran levyeristysmenetelmää. On parasta käyttää juotettavan komponentin johtoa suoraan piiriin. Mitä lyhyempi johto, sen parempi. Älä käytä liittimiä ja juotoskielekkeitä, koska vierekkäisten juotoskielekkeiden välillä on hajautunut kapasitanssi ja induktanssi. Vältä sijoittamasta suurikohinaisia ​​komponentteja kideoskillaattorin, RIN-koodin, analogisen jännitteen ja referenssijännitteen signaalijälkien ympärille.

Lopuksi, samalla kun varmistetaan luontainen laatu ja luotettavuus, samalla kun otetaan huomioon yleinen kauneus, järkevä piirilevysuunnittelu tulisi tehdä. Komponenttien tulee olla yhdensuuntaisia ​​tai kohtisuorassa levyn pintaan nähden ja yhdensuuntaisia ​​tai kohtisuorassa päälevyn reunaan nähden. Komponenttien jakautumisen levyn pinnalla tulee olla mahdollisimman tasainen ja tiheyden tasainen. Tällä tavalla se ei ole vain kaunis, vaan myös helppo koota ja hitsata, ja se on helppo massatuotantoa.

3 Suurtaajuusjärjestelmän johdotus

Suurtaajuisissa piireissä kytkentäjohtimien resistanssin, kapasitanssin, induktanssin ja keskinäisen induktanssin jakautumisparametreja ei voida jättää huomiotta. Häiriöneston näkökulmasta järkevä johdotus on yrittää vähentää linjan resistanssia, hajautettua kapasitanssia ja hajainduktanssia piirissä. , Tuloksena oleva hajamagneettikenttä pienennetään minimiin, jolloin hajakapasitanssi, vuotomagneettivuo, sähkömagneettinen keskinäinen induktanssi ja muut kohinan aiheuttamat häiriöt vaimentuvat.

PROTEL-suunnittelutyökalujen käyttö Kiinassa on ollut melko yleistä. Monet suunnittelijat keskittyvät kuitenkin vain “laajakaistanopeuteen”, eikä suunnittelussa ole käytetty PROTEL-suunnittelutyökalujen tekemiä parannuksia laitteen ominaisuuksien muutoksiin sopeutumiseksi, mikä ei vain tee. Suunnittelutyökaluresurssien tuhlausta on enemmän. vakava, mikä vaikeuttaa monien uusien laitteiden erinomaisen suorituskyvyn saamista käyttöön.

Seuraavassa esitellään joitain erikoistoimintoja, joita PROTEL99 SE -työkalu voi tarjota.

(1) Korkeataajuisen piirilaitteen nastojen välistä johtoa tulee taivuttaa mahdollisimman vähän. On parasta käyttää täyttä suoraa linjaa. Kun tarvitaan taivutusta, voidaan käyttää 45° taivutuksia tai kaaria, jotka voivat vähentää korkeataajuisten signaalien ulkoista säteilyä ja keskinäisiä häiriöitä. Välinen kytkentä. Kun käytät PROTEL:ia reitittämiseen, voit valita 45 astetta tai pyöristettyä “Design”-valikon “rules”-valikon “Routing Corners” -kohdasta. Voit myös vaihtaa nopeasti rivien välillä Shift + välilyöntinäppäimillä.

(2) Mitä lyhyempi johto suurtaajuuspiirilaitteen nastojen välillä, sitä parempi.

PROTEL 99 Tehokkain tapa täyttää lyhyin johdotus on sopia johdotusaika yksittäisille tärkeimmille suurnopeuksille verkoille ennen automaattista johdotusta. “Reititystopologia” kohdassa “Säännöt” “Design”-valikossa

Valitse lyhin.

(3) Johdinkerrosten vuorottelu suurtaajuisten piirilaitteiden nastojen välillä on mahdollisimman pieni. Eli mitä vähemmän läpivientejä komponenttiliitäntäprosessissa käytetään, sitä parempi.

Yksi läpivienti voi tuoda noin 0.5 pF hajautettua kapasitanssia, ja läpivientien määrän vähentäminen voi lisätä nopeutta merkittävästi.

(4) Kiinnitä huomiota suurtaajuisten piirien johdotuksessa signaalilinjan rinnakkaisjohdotuksen aiheuttamiin “ristihäiriöihin”, toisin sanoen ylikuulumiseen. Jos rinnakkaisjakoa ei voida välttää, voidaan rinnakkaisen signaalilinjan vastakkaiselle puolelle järjestää suuri alue “maata”.

Vähentääksesi häiriöitä huomattavasti. Rinnakkainen johdotus samassa kerroksessa on lähes väistämätöntä, mutta kahdessa vierekkäisessä kerroksessa johdotuksen suunnan tulee olla kohtisuorassa toisiinsa nähden. Tämä ei ole vaikea tehdä PROTELissa, mutta se on helppo jättää huomiotta. Valitse “Design”-valikon “rules”-kohdasta “RouTingLayers” Horizontal for Toplayer ja VertTical for BottomLayer. Lisäksi “polygonplane” on “paikassa”

Monikulmaisen ristikon kuparikalvopinnan toiminta, jos asetat monikulmion koko piirilevyn pintaksi ja liität tämän kuparin piirin GND:hen, se voi parantaa korkeataajuista häiriönestokykyä. suuremmat edut lämmönpoistoon ja painolevyn lujuuteen.

(5) Suorita maadoitusjohtojen suojaustoimenpiteet erityisen tärkeille signaalilinjoille tai paikallisille yksiköille. “Outline selectedobjects” on “Työkalut”-kohdassa, ja tätä toimintoa voidaan käyttää valittujen tärkeiden signaalilinjojen (kuten värähtelypiirin LT ja X1) automaattiseen “käärimiseen”.

(6) Yleensä piirin voimajohto ja maadoituslinja ovat signaalilinjaa leveämpiä. Voit käyttää “Design”-valikon “Luokat” luokittelemaan verkkoa, joka on jaettu tehoverkkoon ja signaaliverkkoon. On kätevää asettaa johdotussäännöt. Vaihda voimalinjan ja signaalijohdon linjan leveyttä.

(7) Erityyppiset johdotukset eivät voi muodostaa silmukkaa, eikä maadoitusjohto voi muodostaa virtasilmukkaa. Jos silmukkapiiri syntyy, se aiheuttaa paljon häiriöitä järjestelmään. Tähän voidaan käyttää ketjutusmenetelmää, jolla voidaan tehokkaasti välttää silmukoiden, oksien tai kantojen muodostuminen johdotuksen aikana, mutta se aiheuttaa myös johdotuksen vaikean ongelman.

(8) Arvioi eri sirujen tietojen ja suunnittelun mukaan virtalähdepiirin kulkema virta ja määritä tarvittava johdon leveys. Empiirisen kaavan mukaan: W (viivan leveys) ≥ L (mm/A) × I (A).

Virran mukaan yritä lisätä voimalinjan leveyttä ja vähentää silmukan vastusta. Samanaikaisesti tee sähkölinjan ja maalinjan suunnasta yhdenmukainen tiedonsiirron suunnan kanssa, mikä auttaa parantamaan melunestokykyä. Tarvittaessa sähkölinjaan ja maajohtoon voidaan lisätä kuparilangalla kierretystä ferriitistä valmistettu korkeataajuinen kuristin estääkseen suurtaajuisen kohinan johtumisen.

(9) Saman verkon johdotuksen leveys on säilytettävä samana. Viivan leveyden vaihtelut aiheuttavat epätasaisen linjan ominaisimpedanssin. Kun siirtonopeus on suuri, tapahtuu heijastusta, jota tulee suunnittelussa välttää mahdollisimman paljon. Samanaikaisesti lisää rinnakkaisten viivojen viivan leveyttä. Kun linjan keskietäisyys ei ylitä 3 kertaa linjan leveyttä, 70 % sähkökentästä voidaan ylläpitää ilman keskinäistä häiriötä, jota kutsutaan 3W-periaatteeksi. Tällä tavalla voidaan voittaa rinnakkaisten linjojen aiheuttama hajautetun kapasitanssin ja hajautetun induktanssin vaikutus.

4 Virtajohdon ja maadoitusjohdon suunnittelu

Teholähteen kohinan ja suurtaajuuspiirin aiheuttaman linjaimpedanssin aiheuttaman jännitehäviön ratkaisemiseksi on suurtaajuuspiirin tehonsyöttöjärjestelmän luotettavuus otettava täysin huomioon. Ratkaisuja on yleensä kaksi: toinen on käyttää tehoväylätekniikkaa johdotukseen; toinen on käyttää erillistä virtalähdekerrosta. Vertailun vuoksi jälkimmäisen valmistusprosessi on monimutkaisempi ja kustannukset kalliimpia. Siksi verkkotyyppistä tehoväylätekniikkaa voidaan käyttää johdotukseen niin, että jokainen komponentti kuuluu eri silmukkaan ja kunkin verkon väylän virta pyrkii tasapainottumaan, mikä vähentää linjaimpedanssin aiheuttamaa jännitehäviötä.

Korkeataajuinen lähetysteho on suhteellisen suuri, voit käyttää suurta kuparialuetta ja löytää lähistöltä matalavastuksen maatason useaa maadoitusta varten. Koska maadoitusjohdon induktanssi on verrannollinen taajuuteen ja pituuteen, yhteinen maaimpedanssi kasvaa, kun toimintataajuus on korkea, mikä lisää yhteisen maaimpedanssin synnyttämiä sähkömagneettisia häiriöitä, joten maadoitusjohdon pituus on on oltava mahdollisimman lyhyt. Yritä lyhentää signaalilinjan pituutta ja lisätä maasilmukan pinta-alaa.

Aseta yksi tai useampi suurtaajuinen erotuskondensaattori sirun tehoon ja maahan, jotta saataisiin läheinen korkeataajuinen kanava integroidun sirun transienttivirralle, jotta virta ei kulje virransyöttölinjan läpi suurella silmukalla alueella, mikä vähentää huomattavasti. Ulos säteilevää melua. Valitse irrotuskondensaattoriksi monoliittiset keraamiset kondensaattorit, joissa on hyvät korkeataajuiset signaalit. Käytä suurikapasiteettisia tantaalikondensaattoreita tai polyesterikondensaattoreita elektrolyyttikondensaattoreiden sijasta energiaa varastoivina kondensaattoreina piirien lataukseen. Koska elektrolyyttikondensaattorin hajautettu induktanssi on suuri, se ei kelpaa korkealle taajuudelle. Kun käytät elektrolyyttikondensaattoreita, käytä niitä pareittain erotuskondensaattoreiden kanssa, joilla on hyvät suurtaajuusominaisuudet.

5 Muut nopeiden piirien suunnittelutekniikat

Impedanssisovitus viittaa toimintatilaan, jossa kuormitusimpedanssi ja herätelähteen sisäinen impedanssi sovitetaan toisiinsa maksimitehon saavuttamiseksi. Suurinopeuksisessa piirilevyjohdotuksessa piirin impedanssin on oltava 50 Ω signaalin heijastumisen estämiseksi. Tämä on likimääräinen luku. Yleisesti määrätään, että koaksiaalikaapelin kantataajuus on 50 Ω, taajuuskaista 75 Ω ja kierretty johto 100 Ω. Se on vain kokonaisluku täsmäämisen helpottamiseksi. Piirikohtaisen analyysin mukaan rinnakkainen AC-pääte otetaan käyttöön ja pääteimpedanssina käytetään vastus- ja kondensaattoriverkkoa. Pääteresistanssin R on oltava pienempi tai yhtä suuri kuin siirtojohdon impedanssi Z0 ja kapasitanssin C on oltava suurempi kuin 100 pF. On suositeltavaa käyttää 0.1UF monikerroksisia keraamisia kondensaattoreita. Kondensaattorin tehtävänä on estää matalan taajuuden ja korkean taajuuden ohitus, joten vastus R ei ole ajolähteen tasavirtakuorma, joten tällä päätemenetelmällä ei ole tasavirtaa.

Ylikuuluminen tarkoittaa ei-toivottua jännitekohinahäiriötä, joka aiheutuu sähkömagneettisesta kytkennästä viereisiin siirtolinjoihin, kun signaali etenee siirtojohdossa. Kytkentä on jaettu kapasitiiviseen ja induktiiviseen kytkentään. Liiallinen ylikuuluminen voi aiheuttaa virheellisen piirin liipaisun ja saada järjestelmän toimimatta normaalisti. Joidenkin ylikuulumisen ominaisuuksien mukaan voidaan tiivistää useita päämenetelmiä ylikuulumisen vähentämiseksi:

(1) Suurenna riviväliä, pienennä rinnakkaispituutta ja käytä johdotukseen tarvittaessa Jog-menetelmää.

(2) Kun nopeat signaalilinjat täyttävät ehdot, päätesovituksen lisääminen voi vähentää tai poistaa heijastuksia, mikä vähentää ylikuulumista.

(3) Mikroliuskasiirtolinjojen ja liuskasiirtolinjojen rajakorkeuden rajoittaminen maatason yläpuolelle voi vähentää merkittävästi ylikuulumista.

(4) Kun johdotustila sallii, aseta maadoitusjohto kahden johtimen väliin, joissa ylikuuluminen on vakavampaa. Tällä voi olla merkitystä eristämisessä ja ylikuulumisen vähentämisessä.

Koska perinteisessä piirilevysuunnittelussa ei ole nopeaa analyysiä ja simulointiohjausta, signaalin laatua ei voida taata, eikä suurinta osaa ongelmista voida havaita ennen levynvalmistustestiä. Tämä vähentää huomattavasti suunnittelun tehokkuutta ja lisää kustannuksia, mikä on selvästi epäedullista kovassa markkinakilpailussa. Siksi alan ihmiset ovat ehdottaneet nopeaa piirilevysuunnittelua varten uutta suunnitteluideaa, josta on tullut “ylhäältä alas” -suunnittelumenetelmä. Erilaisten politiikka-analyysien ja optimoinnin jälkeen suurin osa mahdollisista ongelmista on vältytty ja säästöjä on tehty paljon. Aika varmistaa, että projektibudjetti täyttyy, valmistetaan korkealaatuisia painettuja levyjä ja vältytään ikäviltä ja kalliilta testivirheiltä.

Differentiaalilinjojen käyttö digitaalisten signaalien lähettämiseen on tehokas tapa hallita tekijöitä, jotka tuhoavat signaalin eheyden nopeissa digitaalisissa piireissä. Painetulla piirilevyllä oleva differentiaalilinja vastaa differentiaalista mikroaaltouuniin integroitua siirtojohtoparia, joka toimii kvasi-TEM-tilassa. Niiden joukossa piirilevyn ylä- tai alaosassa oleva differentiaalilinja vastaa kytkettyä mikroliuskalinjaa ja sijaitsee monikerroksisen piirilevyn sisäkerroksessa. Differentiaalilinja vastaa laajasivuista kytkettyä liuskalinjaa. Digitaalinen signaali välitetään differentiaalijohdolla parittomalla lähetysmoodilla, eli positiivisen ja negatiivisen signaalin välinen vaihe-ero on 180° ja kohina on kytketty differentiaalijohtoparille yhteismoodissa. Piirin jännite tai virta vähennetään siten, että signaali voidaan saada yhteismoodihäiriöiden eliminoimiseksi. Differentiaalijohtoparin pienjänniteamplitudi- tai -virtataajuusmuuttajalähtö täyttää nopean integroinnin ja alhaisen virrankulutuksen vaatimukset.

6 loppuhuomautusta

Elektronisen tekniikan jatkuvan kehityksen myötä on välttämätöntä ymmärtää signaalin eheyden teoria, jotta voidaan ohjata ja varmistaa nopeiden piirilevyjen suunnittelu. Jotkut tässä artikkelissa esitetyt kokemukset voivat auttaa nopeiden piirilevyjen suunnittelijoita lyhentämään kehityssykliä, välttämään tarpeettomia kiertoteitä ja säästämään työvoimaa ja materiaaliresursseja. Suunnittelijoiden on jatkettava tutkimusta ja tutkimista varsinaisessa työssä, jatkettava kokemusten keräämistä ja yhdisteltävä uusia teknologioita suunnitellakseen nopeita piirilevyjä, joilla on erinomainen suorituskyky.