1 questions

Avec l’augmentation à grande échelle de la complexité de conception et de l’intégration des systèmes électroniques, les vitesses d’horloge et les temps de montée des dispositifs deviennent de plus en plus rapides, et PCB haute vitesse la conception est devenue une partie importante du processus de conception. Dans la conception de circuits à grande vitesse, l’inductance et la capacité de la ligne de circuit imprimé rendent le fil équivalent à une ligne de transmission. Une disposition incorrecte des composants de terminaison ou un câblage incorrect des signaux haute vitesse peut entraîner des problèmes d’effet de ligne de transmission, entraînant une sortie de données incorrecte du système, un fonctionnement anormal du circuit ou même une absence de fonctionnement du tout. Sur la base du modèle de ligne de transmission, pour résumer, la ligne de transmission entraînera des effets néfastes tels que la réflexion du signal, la diaphonie, les interférences électromagnétiques, l’alimentation et le bruit au sol à la conception du circuit.

Afin de concevoir une carte de circuit imprimé à haute vitesse pouvant fonctionner de manière fiable, la conception doit être entièrement et soigneusement étudiée pour résoudre certains problèmes non fiables pouvant survenir lors de la mise en page et du routage, raccourcir le cycle de développement du produit et améliorer la compétitivité du marché.

Comment utiliser les outils de conception PROTEL pour la conception de circuits imprimés à grande vitesse

2 Conception de la disposition du système à haute fréquence

Dans la conception PCB du circuit, la disposition est un maillon important. Le résultat de la disposition affectera directement l’effet de câblage et la fiabilité du système, ce qui est le plus long et le plus difficile de toute la conception de la carte de circuit imprimé. L’environnement complexe du PCB haute fréquence rend la conception de la configuration du système haute fréquence difficile à utiliser les connaissances théoriques acquises. Cela nécessite que la personne qui réalise doit avoir une riche expérience dans la fabrication de circuits imprimés à grande vitesse, afin d’éviter les détours dans le processus de conception. Améliorer la fiabilité et l’efficacité du travail de circuit. Au cours du processus d’aménagement, une attention particulière doit être accordée à la structure mécanique, à la dissipation thermique, aux interférences électromagnétiques, à la commodité du câblage futur et à l’esthétique.

Tout d’abord, avant la mise en page, l’ensemble du circuit est divisé en fonctions. Le circuit haute fréquence est séparé du circuit basse fréquence, et le circuit analogique et le circuit numérique sont séparés. Chaque circuit fonctionnel est placé au plus près du centre de la puce. Évitez les retards de transmission causés par des fils trop longs et améliorez l’effet de découplage des condensateurs. De plus, faites attention aux positions et directions relatives entre les broches et les composants du circuit et les autres tubes pour réduire leur influence mutuelle. Tous les composants haute fréquence doivent être éloignés du châssis et des autres plaques métalliques pour réduire les couplages parasites.

Deuxièmement, il convient de prêter attention aux effets thermiques et électromagnétiques entre les composants lors de l’implantation. Ces effets sont particulièrement graves pour les systèmes à haute fréquence, et des mesures pour éloigner ou isoler, la chaleur et la protection doivent être prises. Le tube redresseur haute puissance et le tube de réglage doivent être équipés d’un radiateur et éloignés du transformateur. Les composants résistants à la chaleur tels que les condensateurs électrolytiques doivent être tenus à l’écart des composants chauffants, sinon l’électrolyte sera desséché, ce qui entraînera une résistance accrue et de mauvaises performances, ce qui affectera la stabilité du circuit. Il convient de laisser suffisamment d’espace dans l’aménagement pour disposer la structure de protection et éviter l’introduction de divers couplages parasites. Pour éviter le couplage électromagnétique entre les bobines sur la carte de circuit imprimé, les deux bobines doivent être placées à angle droit pour réduire le coefficient de couplage. La méthode d’isolement par plaque verticale peut également être utilisée. Il est préférable d’utiliser directement le fil du composant à souder au circuit. Plus le fil est court, mieux c’est. N’utilisez pas de connecteurs et de cosses à souder car il y a une capacité et une inductance réparties entre les cosses à souder adjacentes. Évitez de placer des composants à bruit élevé autour de l’oscillateur à quartz, du RIN, de la tension analogique et des traces de signal de tension de référence.

Enfin, tout en garantissant la qualité et la fiabilité inhérentes, tout en tenant compte de la beauté globale, une planification raisonnable du circuit imprimé doit être effectuée. Les composants doivent être parallèles ou perpendiculaires à la surface de la carte et parallèles ou perpendiculaires au bord de la carte principale. La répartition des composants sur la surface de la carte doit être aussi uniforme que possible et la densité doit être constante. De cette façon, il est non seulement beau, mais également facile à assembler et à souder, et il est facile à produire en série.

3 Câblage du système haute fréquence

Dans les circuits haute fréquence, les paramètres de distribution de résistance, de capacité, d’inductance et d’inductance mutuelle des fils de connexion ne peuvent être ignorés. Du point de vue de l’anti-interférence, un câblage raisonnable consiste à essayer de réduire la résistance de ligne, la capacité distribuée et l’inductance parasite dans le circuit. , Le champ magnétique parasite résultant est réduit au minimum, de sorte que la capacité distribuée, le flux magnétique de fuite, l’inductance mutuelle électromagnétique et d’autres interférences causées par le bruit sont supprimés.

L’application des outils de conception PROTEL en Chine est assez courante. Cependant, de nombreux concepteurs se concentrent uniquement sur le « débit large bande », et les améliorations apportées par les outils de conception PROTEL pour s’adapter aux changements de caractéristiques des appareils n’ont pas été utilisées dans la conception, ce qui non seulement rend le gaspillage des ressources de l’outil de conception est plus grave, ce qui rend difficile la mise en œuvre des excellentes performances de nombreux nouveaux appareils.

Ce qui suit présente certaines fonctions spéciales que l’outil PROTEL99 SE peut fournir.

(1) Le fil entre les broches du dispositif de circuit haute fréquence doit être plié le moins possible. Il est préférable d’utiliser une ligne droite complète. Lorsqu’une courbure est requise, des courbures ou des arcs de 45° peuvent être utilisés, ce qui peut réduire l’émission externe de signaux haute fréquence et les interférences mutuelles. Le couplage entre. Lorsque vous utilisez PROTEL pour le routage, vous pouvez sélectionner 45 degrés ou Arrondi dans les « Coins de routage » dans le menu « règles » du menu « Design ». Vous pouvez également utiliser les touches majuscule + espace pour basculer rapidement entre les lignes.

(2) Plus le fil entre les broches du dispositif de circuit haute fréquence est court, mieux c’est.

PROTEL 99 Le moyen le plus efficace de respecter le câblage le plus court est de prendre rendez-vous pour le câblage de chaque réseau haut débit clé avant le câblage automatique. « Topologie de routage » dans « règles » dans le menu « Conception »

Sélectionnez le plus court.

(3) L’alternance des couches de plomb entre les broches des dispositifs de circuit haute fréquence est aussi faible que possible. C’est-à-dire que moins il y a de vias utilisés dans le processus de connexion des composants, mieux c’est.

Un via peut apporter environ 0.5 pF de capacité distribuée, et la réduction du nombre de vias peut augmenter considérablement la vitesse.

(4) Pour le câblage de circuit haute fréquence, faites attention aux « interférences croisées » introduites par le câblage parallèle de la ligne de signal, c’est-à-dire la diaphonie. Si la distribution parallèle est inévitable, une grande zone de “terre” peut être disposée du côté opposé de la ligne de signal parallèle

Pour réduire considérablement les interférences. Le câblage parallèle dans la même couche est presque inévitable, mais dans deux couches adjacentes, la direction du câblage doit être perpendiculaire l’une à l’autre. Ce n’est pas difficile à faire dans PROTEL mais c’est facile à négliger. Dans les « RoutingLayers » du menu « Design » « règles », sélectionnez Horizontal pour Toplayer et VerTIcal pour BottomLayer. De plus, « Polygonplane » est fourni dans « place »

La fonction de la surface de la feuille de cuivre à grille polygonale, si vous placez le polygone comme surface de l’ensemble de la carte de circuit imprimé et connectez ce cuivre au GND du circuit, cela peut améliorer la capacité anti-interférence haute fréquence, il a également de plus grands avantages pour la dissipation thermique et la résistance de la carte d’impression.

(5) Mettre en œuvre des mesures de clôture de fil de terre pour les lignes de signaux ou les unités locales particulièrement importantes. « Définir les objets sélectionnés » est fourni dans « Outils » et cette fonction peut être utilisée pour « enrouler le sol » automatiquement des lignes de signal importantes sélectionnées (telles que les circuits d’oscillation LT et X1).

(6) Généralement, la ligne électrique et la ligne de mise à la terre du circuit sont plus larges que la ligne de signal. Vous pouvez utiliser les « Classes » dans le menu « Conception » pour classer le réseau, qui est divisé en réseau électrique et réseau de signal. Il est pratique de définir les règles de câblage. Changez la largeur de ligne de la ligne électrique et de la ligne de signal.

(7) Différents types de câblage ne peuvent pas former une boucle, et le fil de terre ne peut pas former une boucle de courant. Si un circuit en boucle est généré, cela causera beaucoup d’interférences dans le système. Une méthode de câblage en guirlande peut être utilisée pour cela, ce qui peut éviter efficacement la formation de boucles, de branches ou de souches pendant le câblage, mais cela entraînera également le problème d’un câblage difficile.

(8) Selon les données et la conception de diverses puces, estimez le courant passé par le circuit d’alimentation et déterminez la largeur de fil requise. Selon la formule empirique : W (largeur de trait) L (mm/A) × I (A).

Selon le courant, essayez d’augmenter la largeur de la ligne électrique et de réduire la résistance de boucle. Dans le même temps, assurez-vous que la direction de la ligne électrique et de la ligne de masse est cohérente avec la direction de la transmission des données, ce qui contribue à améliorer la capacité anti-bruit. Si nécessaire, un dispositif d’arrêt haute fréquence en ferrite enroulé de fil de cuivre peut être ajouté à la ligne électrique et à la ligne de terre pour bloquer la conduction du bruit haute fréquence.

(9) La largeur de câblage d’un même réseau doit rester la même. Les variations de largeur de ligne entraîneront une impédance caractéristique de ligne inégale. Lorsque la vitesse de transmission est élevée, une réflexion se produit, ce qui doit être évité autant que possible dans la conception. En même temps, augmentez la largeur de ligne des lignes parallèles. Lorsque la distance centrale de la ligne ne dépasse pas 3 fois la largeur de la ligne, 70 % du champ électrique peut être maintenu sans interférence mutuelle, ce qui est appelé le principe 3W. De cette manière, l’influence de la capacité distribuée et de l’inductance distribuée causée par des lignes parallèles peut être surmontée.

4 Conception du cordon d’alimentation et du fil de terre

Afin de résoudre la chute de tension causée par le bruit d’alimentation et l’impédance de ligne introduits par le circuit haute fréquence, la fiabilité du système d’alimentation dans le circuit haute fréquence doit être pleinement prise en compte. Il existe généralement deux solutions : l’une consiste à utiliser la technologie du bus d’alimentation pour le câblage ; l’autre consiste à utiliser une couche d’alimentation séparée. En comparaison, le procédé de fabrication de ce dernier est plus compliqué et le coût est plus élevé. Par conséquent, la technologie de bus d’alimentation de type réseau peut être utilisée pour le câblage, de sorte que chaque composant appartient à une boucle différente et que le courant sur chaque bus du réseau a tendance à être équilibré, réduisant ainsi la chute de tension causée par l’impédance de la ligne.

La puissance de transmission haute fréquence est relativement importante, vous pouvez utiliser une grande surface de cuivre et trouver un plan de masse à faible résistance à proximité pour une mise à la terre multiple. Étant donné que l’inductance du fil de terre est proportionnelle à la fréquence et à la longueur, l’impédance de terre commune sera augmentée lorsque la fréquence de fonctionnement est élevée, ce qui augmentera les interférences électromagnétiques générées par l’impédance de terre commune, de sorte que la longueur du fil de terre est doit être le plus court possible. Essayez de réduire la longueur de la ligne de signal et d’augmenter la surface de la boucle de masse.

Placez un ou plusieurs condensateurs de découplage haute fréquence sur l’alimentation et la masse de la puce pour fournir un canal haute fréquence à proximité pour le courant transitoire de la puce intégrée, de sorte que le courant ne passe pas par la ligne d’alimentation avec une grande boucle zone, réduisant ainsi considérablement Le bruit rayonné vers l’extérieur. Choisissez des condensateurs céramiques monolithiques avec de bons signaux haute fréquence comme condensateurs de découplage. Utilisez des condensateurs au tantale de grande capacité ou des condensateurs en polyester au lieu de condensateurs électrolytiques comme condensateurs de stockage d’énergie pour la charge des circuits. Parce que l’inductance distribuée du condensateur électrolytique est grande, elle n’est pas valide pour les hautes fréquences. Lorsque vous utilisez des condensateurs électrolytiques, utilisez-les par paires avec des condensateurs de découplage ayant de bonnes caractéristiques à haute fréquence.

5 Autres techniques de conception de circuits à grande vitesse

L’adaptation d’impédance fait référence à un état de fonctionnement dans lequel l’impédance de charge et l’impédance interne de la source d’excitation sont adaptées l’une à l’autre pour obtenir la puissance de sortie maximale. Pour le câblage PCB haute vitesse, afin d’éviter la réflexion du signal, l’impédance du circuit doit être de 50 Ω. C’est un chiffre approximatif. Généralement, il est stipulé que la bande de base du câble coaxial est de 50 , la bande de fréquence est de 75 et le fil torsadé est de 100 . C’est juste un entier, pour la commodité de la correspondance. Selon l’analyse spécifique du circuit, la terminaison CA parallèle est adoptée et le réseau de résistances et de condensateurs est utilisé comme impédance de terminaison. La résistance de terminaison R doit être inférieure ou égale à l’impédance de la ligne de transmission Z0, et la capacité C doit être supérieure à 100 pF. Il est recommandé d’utiliser des condensateurs céramiques multicouches de 0.1 UF. Le condensateur a pour fonction de bloquer les basses fréquences et de faire passer les hautes fréquences, de sorte que la résistance R n’est pas la charge CC de la source d’entraînement, de sorte que cette méthode de terminaison n’a pas de consommation d’énergie CC.

La diaphonie fait référence à l’interférence de bruit de tension indésirable causée par le couplage électromagnétique aux lignes de transmission adjacentes lorsque le signal se propage sur la ligne de transmission. Le couplage est divisé en couplage capacitif et couplage inductif. Une diaphonie excessive peut provoquer un faux déclenchement du circuit et empêcher le système de fonctionner normalement. Selon certaines caractéristiques de la diaphonie, plusieurs méthodes principales pour réduire la diaphonie peuvent être résumées :

(1) Augmentez l’espacement des lignes, réduisez la longueur parallèle et utilisez la méthode pas à pas pour le câblage si nécessaire.

(2) Lorsque les lignes de signaux à grande vitesse remplissent les conditions, l’ajout d’une correspondance de terminaison peut réduire ou éliminer les réflexions, réduisant ainsi la diaphonie.

(3) Pour les lignes de transmission à microruban et les lignes de transmission à ruban, la limitation de la hauteur de la trace dans la plage au-dessus du plan de masse peut réduire considérablement la diaphonie.

(4) Lorsque l’espace de câblage le permet, insérez un fil de terre entre les deux fils avec une diaphonie plus importante, qui peut jouer un rôle dans l’isolement et réduire la diaphonie.

En raison du manque d’analyse à grande vitesse et de conseils de simulation dans la conception de circuits imprimés traditionnels, la qualité du signal ne peut pas être garantie et la plupart des problèmes ne peuvent être découverts avant le test de fabrication des plaques. Cela réduit considérablement l’efficacité de la conception et augmente le coût, ce qui est évidemment désavantageux dans la concurrence féroce du marché. Par conséquent, pour la conception de circuits imprimés à grande vitesse, les professionnels de l’industrie ont proposé une nouvelle idée de conception, qui est devenue une méthode de conception « descendante ». Après diverses analyses et optimisations des politiques, la plupart des problèmes possibles ont été évités et de nombreuses économies ont été réalisées. Il est temps de s’assurer que le budget du projet est respecté, que des cartes imprimées de haute qualité sont produites et que les erreurs de test fastidieuses et coûteuses sont évitées.

L’utilisation de lignes différentielles pour transmettre des signaux numériques est une mesure efficace pour contrôler les facteurs qui détruisent l’intégrité du signal dans les circuits numériques à grande vitesse. La ligne différentielle sur la carte de circuit imprimé est équivalente à une paire de lignes de transmission intégrées à micro-ondes différentielles fonctionnant en mode quasi-TEM. Parmi eux, la ligne différentielle en haut ou en bas du PCB est équivalente à la ligne microruban couplée et est située sur la couche interne du PCB multicouche. La ligne différentielle est équivalente à une ligne ruban couplée large. Le signal numérique est transmis sur la ligne différentielle dans un mode de transmission impair, c’est-à-dire que la différence de phase entre les signaux positifs et négatifs est de 180°, et le bruit est couplé sur une paire de lignes différentielles dans un mode commun. La tension ou le courant du circuit est soustrait, de sorte que le signal puisse être obtenu pour éliminer le bruit de mode commun. L’amplitude basse tension ou la sortie d’entraînement de courant de la paire de lignes différentielles répond aux exigences d’intégration à grande vitesse et de faible consommation d’énergie.

6 remarques de conclusion

Avec le développement continu de la technologie électronique, il est impératif de comprendre la théorie de l’intégrité du signal pour guider et vérifier la conception des circuits imprimés à grande vitesse. Certaines expériences résumées dans cet article peuvent aider les concepteurs de circuits imprimés à grande vitesse à raccourcir le cycle de développement, à éviter les détours inutiles et à économiser de la main-d’œuvre et des ressources matérielles. Les concepteurs doivent continuer à rechercher et à explorer dans le travail réel, continuer à accumuler de l’expérience et combiner de nouvelles technologies pour concevoir des cartes de circuits imprimés à haute vitesse avec d’excellentes performances.