1 pitanja

Uz veliko povećanje složenosti dizajna i integracije elektroničkih sustava, brzine takta i vremena porasta uređaja postaju sve brži i brži, a PCB velike brzine dizajn je postao važan dio procesa projektiranja. U dizajnu sklopa velike brzine, induktivnost i kapacitet na liniji sklopne ploče čine žicu ekvivalentnom prijenosnoj liniji. Neispravan raspored komponenti za završetak ili pogrešno ožičenje signala velike brzine može uzrokovati probleme s efektom dalekovoda, što rezultira netočnim izlazom podataka iz sustava, nenormalnim radom kruga ili čak ikakvim radom. Na temelju modela dalekovoda, da sumiramo, dalekovod će donijeti štetne učinke kao što su refleksija signala, preslušavanje, elektromagnetske smetnje, napajanje i šum uzemljenja na dizajn strujnog kruga.

Kako bi se dizajnirala brza PCB ploča koja može pouzdano raditi, dizajn se mora u potpunosti i pažljivo razmotriti kako bi se riješili neki nepouzdani problemi koji se mogu pojaviti tijekom rasporeda i usmjeravanja, skratio ciklus razvoja proizvoda i poboljšala konkurentnost na tržištu.

Kako koristiti PROTEL alate za dizajn za brzo dizajniranje PCB-a

2 Izrada rasporeda visokofrekventnog sustava

U dizajnu PCB sklopa, raspored je važna karika. Rezultat rasporeda izravno će utjecati na učinak ožičenja i pouzdanost sustava, što je najzahtjevnije i najteže u cjelokupnom dizajnu tiskane ploče. Složeno okruženje visokofrekventnog PCB-a čini dizajn izgleda visokofrekventnog sustava teškim za korištenje naučenog teorijskog znanja. Zahtijeva da osoba koja postavlja mora imati bogato iskustvo u brzoj proizvodnji PCB-a, kako bi se izbjegla zaobilaženja u procesu projektiranja. Poboljšajte pouzdanost i učinkovitost rada kruga. U procesu planiranja, potrebno je sveobuhvatno razmotriti mehaničku strukturu, rasipanje topline, elektromagnetske smetnje, praktičnost budućeg ožičenja i estetiku.

Prije svega, prije rasporeda, cijeli krug je podijeljen na funkcije. Visokofrekventni sklop je odvojen od niskofrekventnog, a analogni i digitalni sklop su odvojeni. Svaki funkcionalni krug postavljen je što bliže središtu čipa. Izbjegnite kašnjenje prijenosa uzrokovano pretjerano dugim žicama i poboljšajte učinak razdvajanja kondenzatora. Osim toga, obratite pozornost na relativne položaje i smjerove između pinova i komponenti kruga i ostalih cijevi kako biste smanjili njihov međusobni utjecaj. Sve visokofrekventne komponente trebale bi biti daleko od šasije i drugih metalnih ploča kako bi se smanjilo parazitsko spajanje.

Drugo, treba obratiti pozornost na toplinske i elektromagnetske učinke između komponenti tijekom rasporeda. Ti su učinci posebno ozbiljni za visokofrekventne sustave, te treba poduzeti mjere za držanje podalje ili izolaciju, toplinu i zaštitu. Ispravljačka cijev velike snage i cijev za podešavanje trebale bi biti opremljene radijatorom i držati podalje od transformatora. Komponente otporne na toplinu, kao što su elektrolitski kondenzatori, treba držati podalje od komponenti za grijanje, inače će se elektrolit isušiti, što će rezultirati povećanim otporom i lošim performansama, što će utjecati na stabilnost kruga. U tlocrtu treba ostaviti dovoljno prostora za uređenje zaštitne konstrukcije i sprječavanje unošenja raznih parazitskih spojnica. Kako bi se spriječilo elektromagnetsko spajanje između zavojnica na tiskanoj pločici, dvije zavojnice treba postaviti pod pravim kutom kako bi se smanjio koeficijent spajanja. Također se može koristiti metoda vertikalne pločaste izolacije. Najbolje je izravno koristiti vod komponente koja se lemi u krug. Što je vodstvo kraće, to bolje. Nemojte koristiti konektore i jezičke za lemljenje jer postoje raspoređeni kapacitet i raspoređena induktivnost između susjednih jezičaka za lemljenje. Izbjegavajte postavljanje visokošumnih komponenti oko kristalnog oscilatora, RIN-a, analognog napona i signala referentnog napona.

Konačno, uz osiguravanje inherentne kvalitete i pouzdanosti, uzimajući u obzir cjelokupnu ljepotu, potrebno je provesti razumno planiranje sklopnih ploča. Komponente trebaju biti paralelne ili okomite na površinu ploče, te paralelne ili okomite na rub glavne ploče. Raspodjela komponenti na površini ploče treba biti što ravnomjernija, a gustoća mora biti dosljedna. Na taj način ne samo da je lijep, već i jednostavan za montažu i zavarivanje, a lako se može masovno proizvoditi.

3 Ožičenje visokofrekventnog sustava

U visokofrekventnim krugovima ne mogu se zanemariti distribucijski parametri otpora, kapacitivnosti, induktiviteta i međusobnog induktiviteta spojnih žica. Iz perspektive zaštite od smetnji, razumno je ožičenje pokušati smanjiti otpor linije, raspoređeni kapacitet i zalutalu induktivnost u krugu. , Rezultirajuće lutajuće magnetsko polje svedeno je na minimum, tako da se potiskuju distribuirani kapacitet, magnetski tok curenja, međusobna elektromagnetska induktivnost i druge smetnje uzrokovane šumom.

Primjena PROTEL alata za dizajn u Kini bila je prilično česta. Međutim, mnogi se dizajneri fokusiraju samo na “brzinu širokopojasnog pristupa”, a poboljšanja koja su napravili alati za dizajn PROTEL-a kako bi se prilagodili promjenama karakteristika uređaja nisu korištena u dizajnu, što ne samo da čini rasipanje resursa alata za dizajn više ozbiljno, što otežava uvođenje izvrsnih performansi mnogih novih uređaja.

Sljedeće predstavlja neke posebne funkcije koje PROTEL99 SE alat može pružiti.

(1) Vod između pinova visokofrekventnog sklopa treba biti što je moguće manje savijen. Najbolje je koristiti punu ravnu liniju. Kada je potrebno savijanje, mogu se koristiti zavoji ili lukovi od 45°, koji mogu smanjiti vanjsku emisiju visokofrekventnih signala i međusobne smetnje. Spoj između. Kada koristite PROTEL za usmjeravanje, možete odabrati 45 stupnjeva ili zaobljeno u “Uglovi usmjeravanja” u izborniku “pravila” u izborniku “Dizajn”. Također možete koristiti tipke shift + razmak za brzo prebacivanje između redaka.

(2) Što je kraći vod između pinova visokofrekventnog sklopa, to bolje.

PROTEL 99 Najučinkovitiji način za zadovoljavanje najkraćeg ožičenja je dogovoriti termin ožičenja za pojedinačne ključne mreže velike brzine prije automatskog ožičenja. “Topologija usmjeravanja” u “pravilima” u izborniku “Dizajn”.

Odaberite najkraće.

(3) Izmjena olovnih slojeva između pinova visokofrekventnih sklopova je što je moguće manja. To jest, što se manje spojeva koristi u procesu povezivanja komponenti, to bolje.

Jedan prolaz može donijeti oko 0.5pF distribuiranog kapaciteta, a smanjenjem broja prolaza može značajno povećati brzinu.

(4) Za ožičenje visokofrekventnih strujnih krugova, obratite pozornost na “unakrsne smetnje” koje unosi paralelno ožičenje signalne linije, odnosno preslušavanje. Ako je paralelna distribucija neizbježna, velika površina “zemlja” može se rasporediti na suprotnoj strani paralelne signalne linije

Da bi se uvelike smanjile smetnje. Paralelno ožičenje u istom sloju gotovo je neizbježno, ali u dva susjedna sloja, smjer ožičenja mora biti okomit jedan na drugi. To nije teško učiniti u PROTEL-u, ali je lako previdjeti. U “RouTingLayers” u “Dizajn” izborniku “pravila”, odaberite Horizontalno za Toplayer i VerTIcal za BottomLayer. Osim toga, “Polygonplane” se nalazi na “mjestu”

Funkcija površine bakrene folije poligonalne mreže, ako poligon postavite kao površinu cijele tiskane ploče i spojite ovaj bakar na GND kruga, može poboljšati visokofrekventnu sposobnost protiv smetnji, također ima veće prednosti za rasipanje topline i čvrstoću tiskarske ploče.

(5) Za posebno važne signalne vodove ili lokalne jedinice provoditi mjere zaštite uzemljenja. “Outline selectedobjects” nalazi se u “Alatima”, a ova funkcija se može koristiti za automatsko “omotavanje zemlje” odabranih važnih signalnih linija (kao što su titrajni krug LT i X1).

(6) Općenito, strujni vod i vod uzemljenja kruga su širi od signalnog voda. Možete koristiti “Klase” u izborniku “Dizajn” za klasifikaciju mreže, koja je podijeljena na električnu mrežu i signalnu mrežu. Prikladno je postaviti pravila ožičenja. Promijenite širinu dalekovoda i signalnog voda.

(7) Različite vrste ožičenja ne mogu formirati petlju, a žica za uzemljenje ne može formirati strujnu petlju. Ako se generira krug petlje, to će uzrokovati velike smetnje u sustavu. Za to se može koristiti metoda ožičenja s tratinčastim lancem, koja učinkovito može izbjeći stvaranje petlji, grana ili panjeva tijekom ožičenja, ali će također dovesti do problema ne jednostavnog ožičenja.

(8) Prema podacima i dizajnu raznih čipova, procijenite struju koju prolazi strujni krug i odredite potrebnu širinu žice. Prema empirijskoj formuli: W (širina linije) ≥ L (mm/A) × I (A).

U skladu sa strujom, pokušajte povećati širinu dalekovoda i smanjiti otpor petlje. Istodobno, usmjerite smjer dalekovoda i uzemljenja u skladu sa smjerom prijenosa podataka, što pomaže poboljšati sposobnost zaštite od buke. Kada je potrebno, visokofrekventni prigušni uređaj izrađen od ferita namotanog bakrenom žicom može se dodati na dalekovod i uzemljenje kako bi se blokiralo provođenje visokofrekventnog šuma.

(9) Širina ožičenja iste mreže treba ostati ista. Varijacije u širini linije uzrokovat će neujednačenu karakterističnu impedanciju linije. Kada je brzina prijenosa velika, doći će do refleksije, koju treba izbjegavati koliko je to moguće u dizajnu. Istodobno, povećajte širinu linije paralelnih linija. Kada središnja udaljenost linije ne prelazi 3 puta širinu linije, 70% električnog polja može se održavati bez međusobnih smetnji, što se naziva principom 3W. Na taj se način može prevladati utjecaj distribuirane kapacitivnosti i distribuirane induktivnosti uzrokovane paralelnim linijama.

4 Dizajn kabela za napajanje i žice za uzemljenje

Kako bi se riješio pad napona uzrokovan bukom napajanja i impedancijom linije koju unosi visokofrekventni krug, mora se u potpunosti razmotriti pouzdanost sustava napajanja u visokofrekventnom krugu. Općenito postoje dva rješenja: jedno je korištenje tehnologije sabirnice napajanja za ožičenje; drugi je korištenje zasebnog sloja napajanja. Za usporedbu, proizvodni proces potonjeg je kompliciraniji, a trošak je skuplji. Stoga se tehnologija mrežnog tipa sabirnice može koristiti za ožičenje, tako da svaka komponenta pripada različitoj petlji, a struja na svakoj sabirnici u mreži teži da bude uravnotežena, smanjujući pad napona uzrokovan impedancijom linije.

Snaga visokofrekventnog prijenosa je relativno velika, možete koristiti veliku površinu bakra i pronaći uzemljenje niskog otpora u blizini za višestruko uzemljenje. Budući da je induktivnost uzemljenja proporcionalna frekvenciji i duljini, zajednička impedancija uzemljenja će se povećati kada je radna frekvencija visoka, što će povećati elektromagnetske smetnje koje stvara zajednička impedancija uzemljenja, pa je duljina žice za uzemljenje potrebno je da bude što kraće. Pokušajte smanjiti duljinu signalne linije i povećati površinu petlje za uzemljenje.

Postavite jedan ili nekoliko visokofrekventnih kondenzatora za razdvajanje na snagu i masu čipa kako biste osigurali obližnji visokofrekventni kanal za prolaznu struju integriranog čipa, tako da struja ne prolazi kroz napojni vod s velikom petljom površine, čime se uvelike smanjuje buka koja se zrači prema van. Odaberite monolitne keramičke kondenzatore s dobrim visokofrekventnim signalima kao kondenzatore za razdvajanje. Koristite tantalske kondenzatore velikog kapaciteta ili poliesterske kondenzatore umjesto elektrolitičkih kondenzatora kao kondenzatore za pohranu energije za punjenje kruga. Budući da je raspoređena induktivnost elektrolitskog kondenzatora velika, ona nije važeća za visoke frekvencije. Kada koristite elektrolitičke kondenzatore, koristite ih u paru s kondenzatorima za razdvajanje s dobrim visokofrekventnim karakteristikama.

5 Druge tehnike projektiranja strujnih krugova velike brzine

Usklađivanje impedancije odnosi se na radno stanje u kojem su impedancija opterećenja i unutarnja impedancija izvora uzbude međusobno prilagođeni kako bi se postigla maksimalna izlazna snaga. Za brzo ožičenje PCB-a, kako bi se spriječila refleksija signala, impedancija kruga mora biti 50 Ω. Ovo je približna brojka. Općenito, propisano je da je osnovni pojas koaksijalnog kabela 50 Ω, frekvencijski pojas 75 Ω, a upletena žica 100 Ω. To je samo cijeli broj, radi lakšeg uparivanja. Prema specifičnoj analizi kruga, usvojen je paralelni AC završetak, a otpornik i kondenzatorska mreža koriste se kao završna impedancija. Otpor završetka R mora biti manji ili jednak impedanciji prijenosnog voda Z0, a kapacitet C mora biti veći od 100 pF. Preporuča se korištenje 0.1UF višeslojnih keramičkih kondenzatora. Kondenzator ima funkciju blokiranja niske frekvencije i prolaska visoke frekvencije, tako da otpor R nije istosmjerno opterećenje pogonskog izvora, tako da ova metoda završetka nema nikakvu potrošnju istosmjerne energije.

Preslušavanje se odnosi na neželjene smetnje naponskog šuma uzrokovane elektromagnetskim spajanjem na susjedne prijenosne vodove kada se signal širi na prijenosnoj liniji. Spojnica se dijeli na kapacitivnu spregu i induktivnu spregu. Prekomjerno preslušavanje može uzrokovati lažno okidanje kruga i uzrokovati nepravilan rad sustava. Prema nekim karakteristikama preslušavanja, može se sažeti nekoliko glavnih metoda za smanjenje preslušavanja:

(1) Povećajte razmak između redova, smanjite paralelnu duljinu i upotrijebite metodu jog za ožičenje ako je potrebno.

(2) Kada signalne linije velike brzine ispunjavaju uvjete, dodavanjem usklađivanja završetka može se smanjiti ili eliminirati refleksije, čime se smanjuju preslušavanje.

(3) Za mikrotrakaste dalekovode i trakaste dalekovode, ograničavanje visine traga na unutar raspona iznad uzemljenja može značajno smanjiti preslušavanje.

(4) Kada prostor za ožičenje dopušta, umetnite žicu za uzemljenje između dvije žice s ozbiljnijim preslušavanjem, što može igrati ulogu u izolaciji i smanjiti preslušavanje.

Zbog nedostatka analize velike brzine i smjernica za simulaciju u tradicionalnom dizajnu PCB-a, kvaliteta signala se ne može jamčiti, a većina problema ne može se otkriti do testa izrade ploča. To uvelike smanjuje učinkovitost dizajna i povećava troškove, što je očito nepovoljno u oštroj tržišnoj konkurenciji. Stoga su ljudi u industriji za dizajn PCB-a velike brzine predložili novu ideju dizajna, koja je postala metoda dizajna odozgo prema dolje. Nakon raznih analiza politika i optimizacije, većina mogućih problema je izbjegnuta i napravljene su velike uštede. Vrijeme je da se osigura da je proračun projekta ispunjen, da se proizvode visokokvalitetne tiskane ploče i izbjegnu zamorne i skupe pogreške u testiranju.

Korištenje diferencijalnih vodova za prijenos digitalnih signala učinkovita je mjera za kontrolu čimbenika koji uništavaju integritet signala u digitalnim krugovima velike brzine. Diferencijalni vod na tiskanoj ploči je ekvivalentan diferencijalnom mikrovalnom integriranom prijenosnom paru koji radi u kvazi-TEM načinu. Među njima, diferencijalna linija na vrhu ili na dnu PCB-a je ekvivalentna spojenoj mikrotrakastoj liniji i nalazi se na unutarnjem sloju višeslojnog PCB-a. Digitalni signal se prenosi na diferencijalnoj liniji u neparnom modu prijenosa, odnosno fazna razlika između pozitivnog i negativnog signala je 180°, a šum je spojen na par diferencijalnih vodova u zajedničkom načinu rada. Napon ili struja strujnog kruga se oduzima, tako da se može dobiti signal kako bi se eliminirao uobičajeni šum. Niskonaponska amplituda ili strujni izlaz para diferencijalnih vodova ispunjava zahtjeve velike brzine integracije i niske potrošnje energije.

6 završnih riječi

Uz kontinuirani razvoj elektroničke tehnologije, imperativ je razumjeti teoriju integriteta signala za usmjeravanje i provjeru dizajna brzih PCB-a. Neka iskustva sažeta u ovom članku mogu pomoći dizajnerima PCB-a sklopova velike brzine da skrate ciklus razvoja, izbjegnu nepotrebna zaobilaženja i uštede radnu snagu i materijalne resurse. Dizajneri moraju nastaviti istraživati ​​i istraživati ​​u stvarnom radu, nastaviti gomilati iskustvo i kombinirati nove tehnologije za dizajniranje brzih PCB ploča s izvrsnim performansama.