Avec l’augmentation de la vitesse de commutation de sortie du circuit intégré et PCB bord densité, l’intégrité du signal est devenue l’un des problèmes qui doivent être pris en compte dans la conception de circuits imprimés numériques à haute vitesse. Les paramètres des composants et de la carte PCB, la disposition des composants sur la carte PCB, le câblage de la ligne de signal à grande vitesse et d’autres facteurs, Peut causer des problèmes d’intégrité du signal.

Pour les configurations de circuits imprimés, l’intégrité du signal nécessite une configuration de carte qui n’affecte pas la synchronisation ou la tension du signal, tandis que pour le câblage des circuits, l’intégrité du signal nécessite des éléments de terminaison, des stratégies de configuration et des informations de câblage. Une vitesse de signal élevée sur une carte de circuit imprimé, un placement incorrect des composants d’extrémité ou un câblage incorrect des signaux à haute vitesse peuvent entraîner des problèmes d’intégrité du signal, ce qui peut entraîner la sortie de données incorrectes par le système, le fonctionnement incorrect ou le non fonctionnement du circuit. Comment prendre pleinement en considération l’intégrité du signal et prendre des mesures de contrôle efficaces dans la conception de circuits imprimés est devenu un sujet brûlant dans l’industrie de la conception de circuits imprimés.

Intégrité du signal Problème Une bonne intégrité du signal signifie que le signal peut répondre avec les valeurs de synchronisation et de niveau de tension correctes si nécessaire. A l’inverse, lorsque le signal ne répond pas correctement, il y a un problème d’intégrité du signal. Les problèmes d’intégrité du signal peuvent entraîner ou entraîner directement une distorsion du signal, des erreurs de synchronisation, des données, des lignes d’adresse et de contrôle incorrectes, un mauvais fonctionnement du système, voire un plantage du système. Dans le processus de conception de PCB, les gens ont accumulé beaucoup de règles de conception de PCB. Dans la conception de PCB, l’intégrité du signal du PCB peut être mieux obtenue en se référant soigneusement à ces règles de conception.

Lors de la conception de circuits imprimés, nous devons d’abord comprendre les informations de conception de l’ensemble du circuit imprimé, qui comprennent principalement :

1. Le nombre d’appareils, la taille de l’appareil, l’emballage de l’appareil, le taux de puce, si le PCB est divisé en zones à basse vitesse, vitesse moyenne et haute vitesse, qui est la zone d’entrée et de sortie de l’interface ;

2. Les exigences de mise en page globales, l’emplacement de la mise en page de l’appareil, s’il y a un appareil haute puissance, les exigences spéciales de dissipation thermique du périphérique à puce;

3. Type de ligne de signal, vitesse et direction de transmission, exigences de contrôle d’impédance de la ligne de signal, direction de la vitesse du bus et situation de conduite, signaux clés et mesures de protection ;

4. Type d’alimentation, type de masse, exigences de tolérance au bruit pour l’alimentation et la masse, réglage et segmentation de l’alimentation et du plan de masse ;

5. Types et cadences des lignes d’horloge, source et direction des lignes d’horloge, exigences de retard d’horloge, exigences de la ligne la plus longue.

Conception en couches de PCB

Après avoir compris les informations de base de la carte de circuit imprimé, il est nécessaire de peser les exigences de conception du coût de la carte de circuit imprimé et de l’intégrité du signal, et de choisir un nombre raisonnable de couches de câblage. À l’heure actuelle, la carte de circuit imprimé s’est progressivement développée d’une simple couche, une double couche et quatre couches à une carte de circuit plus multicouche. La conception de circuits imprimés multicouches peut améliorer la surface de référence du routage du signal et fournir un chemin de refoulement pour le signal, ce qui est la principale mesure pour obtenir une bonne intégrité du signal. Lors de la conception de la superposition de circuits imprimés, suivez les règles suivantes :

1. Le plan de référence sera de préférence le plan de masse. L’alimentation et le plan de masse peuvent être utilisés comme plan de référence, et les deux ont une certaine fonction de blindage. Cependant, l’effet de blindage du plan d’alimentation est bien inférieur à celui du plan de masse en raison de son impédance caractéristique plus élevée et de la plus grande différence de potentiel entre le plan d’alimentation et le niveau de masse de référence.

2. Le circuit numérique et le circuit analogique sont superposés. Lorsque les coûts de conception le permettent, il est préférable de disposer les circuits numériques et analogiques sur des couches distinctes. Si vous voulez disposer dans la même couche de câblage, vous pouvez utiliser un fossé, ajouter une ligne de mise à la terre, la méthode telle que la ligne de séparation pour y remédier. L’alimentation analogique et numérique et la terre doivent être séparées, jamais mélangées.

3. Le routage du signal clé des couches adjacentes ne traverse pas la zone de segmentation. Les signaux formeront une grande boucle de signal à travers la région et généreront un fort rayonnement. Si le câble de signal doit traverser la zone lorsque le câble de masse est divisé, un seul point peut être connecté entre la terre pour former un pont de connexion entre les deux points de masse, puis le câble peut être acheminé à travers le pont de connexion.

4. Il doit y avoir un plan de masse relativement complet sous la surface du composant. L’intégrité du plan de masse doit être maintenue autant que possible pour la plaque multicouche. Aucune ligne de signal n’est normalement autorisée à passer dans le plan de masse.

5, haute fréquence, haute vitesse, horloge et autres lignes de signaux clés doivent avoir un plan de masse adjacent. De cette façon, la distance entre la ligne de signal et la ligne de masse n’est que la distance entre les couches de PCB, de sorte que le courant réel circule toujours dans la ligne de masse directement sous la ligne de signal, formant la plus petite zone de boucle de signal et réduisant le rayonnement.

Comment concevoir le signal d’intégrité PCB

Conception de mise en page PCB

La clé de la conception de l’intégrité du signal de la carte imprimée est la disposition et le câblage, qui sont directement liés aux performances du PCB. Avant la mise en page, la taille du PCB doit être déterminée pour répondre à la fonction au coût le plus bas possible. Si le PCB est trop grand et distribué, la ligne de transmission peut être très longue, ce qui entraîne une impédance accrue, une résistance au bruit réduite et un coût accru. Si les composants sont placés ensemble, la dissipation de la chaleur est faible et une diaphonie de couplage peut se produire dans le câblage adjacent. Par conséquent, la disposition doit être basée sur les unités fonctionnelles du circuit, tout en tenant compte des facteurs de compatibilité électromagnétique, de dissipation thermique et d’interface.

Lors de la mise en place d’un PCB avec des signaux numériques et analogiques mélangés, ne mélangez pas les signaux numériques et analogiques. Si des signaux analogiques et numériques doivent être mélangés, assurez-vous d’aligner verticalement pour réduire l’effet de couplage croisé. Le circuit numérique, le circuit analogique et le circuit générateur de bruit sur la carte de circuit imprimé doivent être séparés, et le circuit sensible doit être acheminé en premier, et le chemin de couplage entre les circuits doit être éliminé. En particulier, considérez les lignes d’horloge, de réinitialisation et d’interruption, ne parallélisez pas ces lignes avec les lignes de commutation à courant élevé, sinon facilement endommagées par les signaux de couplage électromagnétiques, provoquant une réinitialisation ou une interruption inattendue. La disposition générale doit suivre les principes suivants :

1. La disposition fonctionnelle de la partition, le circuit analogique et le circuit numérique sur PCB doivent avoir une disposition spatiale différente.

2. Selon le processus de signal de circuit pour organiser les unités de circuit fonctionnelles, de sorte que le flux de signal maintienne la même direction.

3. Prenez les composants de base de chaque unité de circuit fonctionnel comme centre, et d’autres composants sont disposés autour d’elle.

4. Raccourcissez autant que possible la connexion entre les composants haute fréquence et essayez de réduire leurs paramètres de distribution.

5. Les composants facilement perturbés ne doivent pas être trop proches les uns des autres, les composants d’entrée et de sortie doivent être éloignés.

Comment concevoir le signal d’intégrité PCB

Conception de câblage PCB

Toutes les lignes de signaux doivent être classées avant le câblage PCB. Tout d’abord, ligne d’horloge, ligne de signal sensible, puis ligne de signal à grande vitesse, afin de s’assurer que ce type de signal à travers le trou est suffisant, paramètres de distribution de bonnes caractéristiques, puis ligne de signal générale sans importance.

Les lignes de signaux incompatibles doivent être éloignées les unes des autres et ne pas effectuer de câblage parallèle, tel que numérique et analogique, haute vitesse et basse vitesse, courant élevé et petit courant, haute tension et basse tension. Les câbles de signal sur différentes couches doivent être acheminés verticalement les uns aux autres pour réduire la diaphonie. L’agencement des lignes de signaux est mieux organisé en fonction du sens d’écoulement du signal. La ligne de signal de sortie d’un circuit ne doit pas être retracée jusqu’à la zone de ligne de signal d’entrée. Les lignes de signaux à grande vitesse doivent être aussi courtes que possible pour éviter d’interférer avec d’autres lignes de signaux. Sur le panneau double, si nécessaire, le fil de terre d’isolement peut être ajouté des deux côtés de la ligne de signal à grande vitesse. Toutes les lignes d’horloge à grande vitesse sur la carte multicouche doivent être blindées en fonction de la longueur des lignes d’horloge.

Les principes généraux de câblage sont :

1. Dans la mesure du possible, choisissez une conception de câblage à faible densité et un câblage de signal dans la mesure du possible d’épaisseur cohérente, propice à l’adaptation d’impédance. Pour le circuit RF, la conception déraisonnable de la direction, de la largeur et de l’espacement des lignes de signal peut provoquer des interférences croisées entre les lignes de transmission de signaux.

2. Dans la mesure du possible, évitez les fils d’entrée et de sortie adjacents et le câblage parallèle longue distance. Pour réduire la diaphonie des lignes de signaux parallèles, l’espacement entre les lignes de signaux peut être augmenté ou des courroies d’isolation peuvent être insérées entre les lignes de signaux.

3. La largeur de ligne sur le PCB doit être uniforme et aucune mutation de largeur de ligne ne doit se produire. Le coude de câblage PCB ne doit pas utiliser un angle de 90 degrés, doit utiliser un arc ou un angle de 135 degrés, dans la mesure du possible pour maintenir la continuité de l’impédance de ligne.

4. Minimisez la zone de la boucle actuelle. L’intensité de rayonnement externe du circuit porteur de courant est proportionnelle au courant traversant, à la surface de la boucle et au carré de la fréquence du signal. La réduction de la zone de boucle de courant peut réduire les interférences ÉLECTROMAGNÉTIQUES du PCB.

5. Autant que possible pour réduire la longueur du fil, augmenter la largeur du fil, est propice à réduire l’impédance du fil.

6. Pour les signaux de commande de commutateur, le nombre de câblages SIGNAL PCB qui change d’état en même temps doit être réduit autant que possible.