preguntas 1

Co aumento a gran escala da complexidade do deseño e da integración dos sistemas electrónicos, a velocidade do reloxo e os tempos de subida dos dispositivos son cada vez máis rápidos e PCB de alta velocidade o deseño converteuse nunha parte importante do proceso de deseño. No deseño de circuítos de alta velocidade, a inductancia e a capacitancia na liña da placa de circuíto fan que o fío sexa equivalente a unha liña de transmisión. A disposición incorrecta dos compoñentes de terminación ou o cableado incorrecto dos sinais de alta velocidade poden causar problemas de efecto da liña de transmisión, o que provoca unha saída de datos incorrecta do sistema, un funcionamento anormal do circuíto ou mesmo ningunha operación. En base ao modelo de liña de transmisión, para resumir, a liña de transmisión traerá efectos adversos como reflexión do sinal, diafonía, interferencia electromagnética, fonte de alimentación e ruído de terra ao deseño do circuíto.

Para deseñar unha placa de circuíto PCB de alta velocidade que poida funcionar de forma fiable, o deseño debe considerarse de forma completa e coidadosa para resolver algúns problemas pouco fiables que poden ocorrer durante o deseño e o enrutamento, acurtar o ciclo de desenvolvemento do produto e mellorar a competitividade do mercado.

Como usar as ferramentas de deseño PROTEL para o deseño de PCB de alta velocidade

2 Deseño do sistema de alta frecuencia

No deseño de PCB do circuíto, o deseño é un vínculo importante. O resultado do deseño afectará directamente ao efecto de cableado e á fiabilidade do sistema, que é o máis lento e difícil de todo o deseño da placa de circuíto impreso. O complexo ambiente de PCB de alta frecuencia fai que o deseño do sistema de alta frecuencia sexa difícil de usar os coñecementos teóricos aprendidos. Esixe que a persoa que expón debe ter unha rica experiencia na fabricación de PCB de alta velocidade, para evitar desvíos no proceso de deseño. Mellorar a fiabilidade e eficacia do traballo dos circuítos. No proceso de deseño, débese ter en conta a estrutura mecánica, a disipación de calor, a interferencia electromagnética, a conveniencia do cableado futuro e a estética.

En primeiro lugar, antes do deseño, todo o circuíto divídese en funcións. O circuíto de alta frecuencia está separado do circuíto de baixa frecuencia, e o circuíto analóxico e o circuíto dixital están separados. Cada circuíto funcional colócase o máis preto posible do centro do chip. Evite o atraso de transmisión causado por cables excesivamente longos e mellore o efecto de desacoplamento dos capacitores. Ademais, preste atención ás posicións e direccións relativas entre os pinos e os compoñentes do circuíto e outros tubos para reducir a súa influencia mutua. Todos os compoñentes de alta frecuencia deben estar lonxe do chasis e doutras placas metálicas para reducir o acoplamento parasitario.

En segundo lugar, debe prestarse atención aos efectos térmicos e electromagnéticos entre os compoñentes durante o deseño. Estes efectos son especialmente graves para os sistemas de alta frecuencia, polo que deben tomarse medidas para manter afastados ou illar, calor e blindaxe. O tubo rectificador de alta potencia e o tubo de axuste deben estar equipados cun radiador e manterse lonxe do transformador. Os compoñentes resistentes á calor, como os capacitores electrolíticos, deben manterse lonxe dos compoñentes de calefacción, se non, o electrólito secarase, o que provocará unha maior resistencia e un rendemento deficiente, o que afectará a estabilidade do circuíto. Débese deixar espazo suficiente no deseño para organizar a estrutura protectora e evitar a introdución de varios acoplamentos parasitarios. Para evitar o acoplamento electromagnético entre as bobinas da placa de circuíto impreso, as dúas bobinas deben colocarse en ángulo recto para reducir o coeficiente de acoplamento. Tamén se pode usar o método de illamento da placa vertical. É mellor usar directamente o cable do compoñente que se vai soldar ao circuíto. Canto máis curta sexa a vantaxe, mellor. Non use conectores nin pestanas de soldadura porque hai unha capacitancia distribuída e unha inductancia distribuída entre as pestanas de soldadura adxacentes. Evite colocar compoñentes de alto ruído ao redor do oscilador de cristal, RIN, tensión analóxica e trazos de sinal de tensión de referencia.

Finalmente, mentres se garante a calidade e fiabilidade inherentes, tendo en conta a beleza xeral, débese levar a cabo unha planificación razoable da placa de circuíto. Os compoñentes deben ser paralelos ou perpendiculares á superficie do taboleiro, e paralelos ou perpendiculares ao bordo do taboleiro principal. A distribución dos compoñentes na superficie do taboleiro debe ser o máis uniforme posible e a densidade debe ser consistente. Deste xeito, non só é fermoso, senón tamén fácil de montar e soldar, e é fácil de producir en masa.

3 Cableado do sistema de alta frecuencia

Nos circuítos de alta frecuencia, non se poden ignorar os parámetros de distribución de resistencia, capacitancia, inductancia e inductancia mutua dos cables de conexión. Desde a perspectiva da anti-interferencia, a fiación razoable é tratar de reducir a resistencia da liña, a capacitancia distribuída e a inductancia perdida no circuíto. , O campo magnético disperso resultante redúcese ao mínimo, polo que se suprimen a capacitancia distribuída, o fluxo magnético de fuga, a inductancia mutua electromagnética e outras interferencias causadas polo ruído.

A aplicación das ferramentas de deseño PROTEL en China foi bastante común. Non obstante, moitos deseñadores só se centran na “taxa de banda ancha”, e as melloras realizadas polas ferramentas de deseño de PROTEL para adaptarse aos cambios nas características do dispositivo non se utilizaron no deseño, o que non só fai que o desperdicio de recursos da ferramenta de deseño sexa máis grave, o que dificulta a posta en xogo do excelente rendemento de moitos dispositivos novos.

A continuación preséntanse algunhas funcións especiais que a ferramenta PROTEL99 SE pode proporcionar.

(1) O cable entre os pinos do dispositivo de circuíto de alta frecuencia debe dobrarse o menos posible. É mellor usar unha liña recta completa. Cando se precisa dobrar, pódense usar curvas ou arcos de 45 °, que poden reducir a emisión externa de sinais de alta frecuencia e as interferencias mutuas. O acoplamento entre. Ao usar PROTEL para o enrutamento, pode seleccionar 45 graos ou Redondeado en “Esquinas de enrutamento” no menú “Regras” do menú “Deseño”. Tamén podes usar as teclas Maiús + espazo para cambiar rapidamente entre as liñas.

(2) Canto máis curto sexa o cable entre os pinos do dispositivo de circuíto de alta frecuencia, mellor.

PROTEL 99 A forma máis eficaz de cumprir o cableado máis curto é facer unha cita de cableado para redes de alta velocidade clave individuais antes do cableado automático. “Topoloxía de enrutamento” en “regras” no menú “Deseño”.

Seleccione o máis curto.

(3) A alternancia das capas de chumbo entre os pinos dos dispositivos de circuíto de alta frecuencia é o menor posible. É dicir, cantos menos vías se usen no proceso de conexión de compoñentes, mellor.

Unha vía pode traer uns 0.5 pF de capacitancia distribuída e reducir o número de vías pode aumentar significativamente a velocidade.

(4) Para o cableado de circuítos de alta frecuencia, preste atención á “interferencia cruzada” introducida polo cableado paralelo da liña de sinal, é dicir, a diafonía. Se a distribución paralela é inevitable, pódese dispor unha gran área de “terra” no lado oposto da liña de sinal paralela.

Para reducir moito as interferencias. O cableado paralelo na mesma capa é case inevitable, pero en dúas capas adxacentes, a dirección do cableado debe ser perpendicular entre si. Isto non é difícil de facer en PROTEL pero é fácil de pasar por alto. En “RouTIngLayers” no menú “Deseño” “regras”, seleccione Horizontal para Toplayer e VerTIcal para BottomLayer. Ademais, “Polygonplane” aparece en “lugar”

A función da superficie da folla de cobre da reixa poligonal, se coloca o polígono como unha superficie de toda a placa de circuíto impreso e conecta este cobre á GND do circuíto, pode mellorar a capacidade anti-interferencia de alta frecuencia, tamén ten maiores beneficios para a disipación de calor e a resistencia da tarxeta de impresión.

(5) Implementar medidas de peche do cable de terra para liñas de sinal ou unidades locais particularmente importantes. “Delinear obxectos seleccionados” ofrécese en “Ferramentas”, e esta función pódese usar para “envolver o chan” automaticamente das liñas de sinal importantes seleccionadas (como o circuíto de oscilación LT e X1).

(6) Xeralmente, a liña eléctrica e a liña de conexión a terra do circuíto son máis anchas que a liña de sinal. Podes usar as “Clases” no menú “Deseño” para clasificar a rede, que se divide en rede de enerxía e rede de sinal. É conveniente establecer as regras de cableado. Cambia o ancho de liña da liña eléctrica e da liña de sinal.

(7) Varios tipos de cableado non poden formar un bucle e o cable de terra non pode formar un bucle de corrente. Se se xera un circuíto de bucle, causará moitas interferencias no sistema. Para iso pódese usar un método de cableado en cadea de margaritas, que pode evitar eficazmente a formación de bucles, ramas ou tocones durante o cableado, pero tamén provocará o problema da fiación non fácil.

(8) Segundo os datos e o deseño de varios chips, estime a corrente que pasa polo circuíto de fonte de alimentación e determine o ancho de cable necesario. Segundo a fórmula empírica: W (ancho da liña) ≥ L (mm/A) × I (A).

Segundo a corrente, intente aumentar o ancho da liña eléctrica e reducir a resistencia do bucle. Ao mesmo tempo, fai que a dirección da liña eléctrica e a liña de terra sexan coherentes coa dirección da transmisión de datos, o que axuda a mellorar a capacidade anti-ruído. Cando sexa necesario, pódese engadir un dispositivo de estrangulamento de alta frecuencia feito de ferrita enrollada de fío de cobre á liña eléctrica e á liña de terra para bloquear a condución do ruído de alta frecuencia.

(9) O ancho de cableado da mesma rede debe manterse igual. As variacións no ancho da liña provocarán unha impedancia característica da liña irregular. Cando a velocidade de transmisión é alta, producirase a reflexión, que debe evitarse na medida do posible no deseño. Ao mesmo tempo, aumenta o ancho da liña das liñas paralelas. Cando a distancia do centro da liña non supera 3 veces o ancho da liña, o 70% do campo eléctrico pódese manter sen interferencias mutuas, o que se chama principio 3W. Deste xeito, pódese superar a influencia da capacitancia distribuída e da inductancia distribuída causada polas liñas paralelas.

4 Deseño do cable de alimentación e do cable de terra

Para resolver a caída de tensión causada polo ruído da fonte de alimentación e a impedancia da liña introducida polo circuíto de alta frecuencia, débese considerar completamente a fiabilidade do sistema de alimentación no circuíto de alta frecuencia. En xeral, hai dúas solucións: unha é utilizar a tecnoloxía de bus de enerxía para o cableado; a outra é usar unha capa de fonte de enerxía separada. En comparación, o proceso de fabricación deste último é máis complicado e o custo é máis caro. Polo tanto, a tecnoloxía de bus de enerxía de tipo rede pódese usar para a fiación, de xeito que cada compoñente pertenza a un lazo diferente e a corrente en cada bus da rede tende a equilibrarse, reducindo a caída de tensión causada pola impedancia da liña.

A potencia de transmisión de alta frecuencia é relativamente grande, pode usar unha gran área de cobre e atopar un plano de terra de baixa resistencia nas proximidades para a conexión a terra múltiple. Debido a que a inductancia do cable de posta a terra é proporcional á frecuencia e lonxitude, a impedancia común de terra aumentarase cando a frecuencia de funcionamento sexa alta, o que aumentará a interferencia electromagnética xerada pola impedancia de terra común, polo que a lonxitude do cable de terra é obrigado a ser o máis breve posible. Intente reducir a lonxitude da liña de sinal e aumentar a área do bucle de terra.

Establece un ou varios capacitores de desacoplamento de alta frecuencia na potencia e terra do chip para proporcionar unha canle de alta frecuencia próxima para a corrente transitoria do chip integrado, para que a corrente non pase pola liña de alimentación cun gran bucle. zona, reducindo así moito o ruído irradiado ao exterior. Escolla condensadores cerámicos monolíticos con bos sinais de alta frecuencia como condensadores de desacoplamento. Use capacitores de tantalio de gran capacidade ou capacitores de poliéster en lugar de capacitores electrolíticos como capacitores de almacenamento de enerxía para a carga de circuítos. Debido a que a inductancia distribuída do capacitor electrolítico é grande, non é válida para a alta frecuencia. Cando use capacitores electrolíticos, utilízaos en pares con capacitores de desacoplamento con boas características de alta frecuencia.

5 Outras técnicas de deseño de circuítos de alta velocidade

A correspondencia de impedancia refírese a un estado de traballo no que a impedancia de carga e a impedancia interna da fonte de excitación se adaptan entre si para obter a máxima potencia de saída. Para o cableado de PCB de alta velocidade, para evitar a reflexión do sinal, a impedancia do circuíto debe ser de 50 Ω. Esta é unha cifra aproximada. En xeral, establécese que a banda base do cable coaxial é de 50 Ω, a banda de frecuencia é de 75 Ω e o cable trenzado é de 100 Ω. É só un número enteiro, para a conveniencia de combinar. Segundo a análise específica do circuíto, adóptase a terminación de CA paralela e utilízase a rede de resistencia e capacitor como impedancia de terminación. A resistencia de terminación R debe ser inferior ou igual á impedancia da liña de transmisión Z0 e a capacidade C debe ser superior a 100 pF. Recoméndase utilizar capacitores cerámicos multicapa de 0.1 UF. O capacitor ten a función de bloquear a baixa frecuencia e pasar a alta frecuencia, polo que a resistencia R non é a carga de CC da fonte de condución, polo que este método de terminación non ten ningún consumo de enerxía CC.

A diafonía refírese á interferencia de ruído de tensión indesexable causada polo acoplamento electromagnético ás liñas de transmisión adxacentes cando o sinal se propaga pola liña de transmisión. O acoplamento divídese en acoplamento capacitivo e acoplamento indutivo. Unha diafonía excesiva pode provocar unha activación falsa do circuíto e provocar que o sistema non funcione normalmente. Segundo algunhas características da diafonía, pódense resumir varios métodos principais para reducir a diafonía:

(1) Aumente o espazamento entre liñas, reduza a lonxitude paralela e use o método jog para a fiación se é necesario.

(2) Cando as liñas de sinal de alta velocidade cumpren as condicións, engadir unha coincidencia de terminación pode reducir ou eliminar as reflexións, reducindo así a diafonía.

(3) Para liñas de transmisión de microcintas e liñas de transmisión de tiras, restrinxir a altura da traza dentro do rango sobre o plano de terra pode reducir significativamente a diafonía.

(4) Cando o espazo de cableado o permita, insira un cable de terra entre os dous cables con diafonía máis grave, que pode desempeñar un papel illado e reducir a diafonía.

Debido á falta de análise de alta velocidade e guía de simulación no deseño tradicional de PCB, non se pode garantir a calidade do sinal e a maioría dos problemas non se poden descubrir ata a proba de fabricación de placas. Isto reduce moito a eficiencia do deseño e aumenta o custo, o que é obviamente desvantaxoso na feroz competencia do mercado. Polo tanto, para o deseño de PCB de alta velocidade, a xente da industria propuxeron unha nova idea de deseño, que se converteu nun método de deseño “de arriba abaixo”. Despois dunha variedade de análise e optimización de políticas, evitáronse a maioría dos posibles problemas e conseguíronse moitos aforros. É hora de garantir que se cumpre o orzamento do proxecto, que se producen placas impresas de alta calidade e que se evitan erros de proba tediosos e custosos.

O uso de liñas diferenciais para transmitir sinais dixitais é unha medida eficaz para controlar os factores que destrúen a integridade do sinal en circuítos dixitais de alta velocidade. A liña diferencial da placa de circuíto impreso é equivalente a un par de liñas de transmisión integradas de microondas diferencial que traballan en modo cuasi-TEM. Entre eles, a liña diferencial na parte superior ou inferior do PCB é equivalente á liña de microstrip acoplada e está situada na capa interna do PCB multicapa. O sinal dixital transmítese na liña diferencial nun modo de transmisión en modo impar, é dicir, a diferenza de fase entre os sinais positivos e negativos é de 180 ° e o ruído está acoplado nun par de liñas diferenciais nun modo común. Réstase a tensión ou corrente do circuíto, de xeito que se pode obter o sinal para eliminar o ruído de modo común. A amplitude de baixa tensión ou a saída de corrente do par de liñas diferenciais cumpre os requisitos de integración de alta velocidade e baixo consumo de enerxía.

6 observacións finais

Co desenvolvemento continuo da tecnoloxía electrónica, é imperativo comprender a teoría da integridade do sinal para guiar e verificar o deseño de PCB de alta velocidade. Algunha experiencia resumida neste artigo pode axudar aos deseñadores de PCB de circuítos de alta velocidade a acurtar o ciclo de desenvolvemento, evitar desvíos innecesarios e aforrar recursos humanos e materiais. Os deseñadores deben seguir investigando e explorando no traballo real, seguir acumulando experiencia e combinar novas tecnoloxías para deseñar placas de circuíto PCB de alta velocidade cun excelente rendemento.