Trenutno, visokofrekventni i PCB velike brzine dizajn je postao mainstream, a svaki inženjer PCB Layouta trebao bi biti stručan. Zatim, Banermei će s vama podijeliti neke od dizajnerskih iskustava stručnjaka za hardver u visokofrekventnim i brzim PCB sklopovima, i nadam se da će svima biti od pomoći.

1. Kako izbjeći visokofrekventne smetnje?

Osnovna ideja izbjegavanja visokofrekventnih smetnji je minimiziranje smetnji elektromagnetskog polja visokofrekventnih signala, a to je takozvano preslušavanje (Crosstalk). Možete povećati udaljenost između signala velike brzine i analognog signala ili dodati tragove zaštite/ranžiranja uz analogni signal. Također obratite pozornost na smetnje šuma od digitalnog uzemljenja do analognog uzemljenja.

2. Kako uzeti u obzir podudaranje impedancije pri projektiranju shema dizajna PCB-a velike brzine?

Prilikom projektiranja brzih PCB sklopova, usklađivanje impedancije je jedan od elemenata dizajna. Vrijednost impedancije ima apsolutni odnos s metodom ožičenja, kao što je hodanje po površinskom sloju (mikrotrakasta) ili unutarnjem sloju (trakasta/dvostruka trakasta linija), udaljenost od referentnog sloja (snažni sloj ili sloj zemlje), širina ožičenja, materijal PCB-a , itd. Oba će utjecati na vrijednost karakteristične impedancije traga. To jest, vrijednost impedancije može se odrediti tek nakon ožičenja. Općenito, softver za simulaciju ne može uzeti u obzir neke uvjete ožičenja s diskontinuiranom impedancijom zbog ograničenja modela kruga ili korištenog matematičkog algoritma. U ovom trenutku, samo neki terminatori (završetak), kao što je serijski otpor, mogu biti rezervirani na shematskom dijagramu. Ublažite učinak diskontinuiteta u impedanciji tragova. Pravo rješenje problema je pokušati izbjeći prekide impedancije prilikom ožičenja.

3. U dizajnu PCB-a velike brzine, koje aspekte dizajner treba uzeti u obzir EMC i EMI pravila?

Općenito, EMI/EMC dizajn treba uzeti u obzir i zračene i vođene aspekte u isto vrijeme. Prvi pripada visokofrekventnom dijelu (<30MHz), a drugi dio niže frekvencije (<30MHz). Dakle, ne možete samo obratiti pozornost na visoke frekvencije i zanemariti dio niske frekvencije. Dobar EMI/EMC dizajn mora uzeti u obzir lokaciju uređaja, raspored PCB snopa, važan način povezivanja, odabir uređaja itd. na početku izgleda. Ako unaprijed ne bude boljeg dogovora, to će se riješiti naknadno. To će učiniti dvostruko veći rezultat uz pola truda i povećati cijenu. Na primjer, mjesto generatora takta ne smije biti blizu vanjskog konektora. Signali velike brzine trebaju ići u unutarnji sloj što je više moguće. Obratite pozornost na karakteristično usklađivanje impedancije i kontinuitet referentnog sloja kako biste smanjili refleksije. Brzina promjene signala koji potiskuje uređaj treba biti što manja kako bi se smanjila visina. Frekventne komponente, pri odabiru kondenzatora za odvajanje/premosnicu, obratite pozornost na to da li njegov frekventni odziv zadovoljava zahtjeve za smanjenje buke na energetskoj ravni. Osim toga, obratite pozornost na povratni put visokofrekventne signalne struje kako bi područje petlje bilo što manje (odnosno, impedancija petlje što je manja) kako biste smanjili zračenje. Tlo se također može podijeliti kako bi se kontrolirao raspon visokofrekventne buke. Konačno, pravilno odaberite uzemljenje kućišta između PCB-a i kućišta.

4. Kako odabrati PCB ploču?

Odabir PCB ploče mora postići ravnotežu između ispunjavanja zahtjeva dizajna i masovne proizvodnje i troškova. Zahtjevi dizajna uključuju i električne i mehaničke dijelove. Obično je ovaj materijalni problem važniji kod projektiranja vrlo brzih PCB ploča (frekvencija veća od GHz). Na primjer, najčešće korišteni FR-4 materijal, dielektrični gubitak na frekvenciji od nekoliko GHz će imati veliki utjecaj na slabljenje signala i možda neće biti prikladan. Što se tiče električne energije, obratite pozornost na to jesu li dielektrična konstanta i dielektrični gubici prikladni za projektiranu frekvenciju.

5. Kako zadovoljiti EMC zahtjeve što je više moguće bez izazivanja prevelikog troškovnog pritiska?

Povećana cijena PCB ploče zbog EMC-a obično je posljedica povećanja broja slojeva uzemljenja kako bi se poboljšao efekt zaštite i dodavanja feritnih perli, prigušnica i drugih visokofrekventnih uređaja za suzbijanje harmonika. Osim toga, obično je potrebno uskladiti zaštitnu strukturu na drugim institucijama kako bi cijeli sustav zadovoljio EMC zahtjeve. Sljedeće daje samo nekoliko tehnika dizajna PCB ploče za smanjenje učinka elektromagnetskog zračenja koje stvara krug.

Pokušajte odabrati uređaj sa sporijom stopom usporavanja signala kako biste smanjili visokofrekventne komponente koje generira signal.

Obratite pažnju na postavljanje visokofrekventnih komponenti, ne preblizu vanjskog konektora.

Obratite pažnju na usklađivanje impedancije brzih signala, sloja ožičenja i njegove povratne struje, kako biste smanjili visokofrekventnu refleksiju i zračenje.

Postavite dovoljne i odgovarajuće kondenzatore za razdvajanje na pinove napajanja svakog uređaja kako biste ublažili šum na razini napajanja i uzemljenja. Obratite posebnu pozornost na to da li frekvencijski odziv i temperaturne karakteristike kondenzatora zadovoljavaju zahtjeve dizajna.

Uzemljenje u blizini vanjskog konektora može se pravilno odvojiti od zemlje, a uzemljenje konektora može se spojiti na uzemljenje kućišta u blizini.

Tragovi zaštite tla/ranžiranja mogu se prikladno koristiti uz neke posebne signale velike brzine. Ali obratite pozornost na utjecaj tragova zaštite/shunta na karakterističnu impedanciju traga.

Sloj snage se skuplja 20H od sloja zemlje, a H je udaljenost između sloja snage i sloja zemlje.

6. Na koje aspekte treba obratiti pozornost pri projektiranju, usmjeravanju i rasporedu visokofrekventnih PCB-a iznad 2G?

Visokofrekventni PCB-i iznad 2G pripadaju dizajnu radiofrekvencijskih krugova i nisu u opsegu rasprave o dizajnu digitalnih sklopova velike brzine. Raspored i usmjeravanje radiofrekventnog kruga treba razmotriti zajedno sa shemom, jer će raspored i usmjeravanje uzrokovati distribucijske učinke. Štoviše, neki pasivni uređaji u projektiranju radiofrekvencijskih krugova realizirani su kroz parametrizirane definicije i bakrene folije posebnog oblika. Stoga su EDA alati potrebni za pružanje parametriziranih uređaja i uređivanje bakrenih folija posebnog oblika. Mentorova boardstation ima poseban modul za RF dizajn koji može ispuniti ove zahtjeve. Štoviše, opći RF dizajn zahtijeva specijalizirane alate za analizu RF krugova. Najpoznatiji u industriji je agilentov eesoft koji ima dobro sučelje s Mentorovim alatima.

7. Hoće li dodavanje testnih točaka utjecati na kvalitetu signala velike brzine?

Hoće li to utjecati na kvalitetu signala ovisi o načinu dodavanja testnih točaka i o tome koliko je signal brz. Uglavnom, dodatne ispitne točke (nemojte koristiti postojeći prolaz ili DIP pin kao ispitne točke) mogu se dodati na liniju ili povući kratku liniju iz linije. Prvi je ekvivalentan dodavanju malog kondenzatora na liniju, a drugi je dodatna grana. Oba ova uvjeta će utjecati na signal velike brzine više ili manje, a opseg učinka povezan je s frekvencijskom brzinom signala i brzinom ruba signala. Veličina utjecaja može se znati kroz simulaciju. U principu, što je ispitna točka manja, to je bolje (naravno, mora zadovoljiti zahtjeve ispitnog alata) što je grana kraća, to bolje.