Jelenleg a nagyfrekvenciás ill nagy sebességű NYÁK a tervezés a fősodor, és minden PCB-elrendezési mérnöknek jártasnak kell lennie. Ezután Banermei megosztja Önnel a nagyfrekvenciás és nagysebességű PCB áramkörök hardverszakértőinek tervezési tapasztalatait, és remélem, ez mindenkinek hasznos lesz.

1. Hogyan lehet elkerülni a nagyfrekvenciás interferenciát?

A nagyfrekvenciás interferencia elkerülésének alapötlete a nagyfrekvenciás jelek elektromágneses térinterferenciájának minimalizálása, ami az úgynevezett áthallás (Crosstalk). Növelheti a távolságot a nagysebességű jel és az analóg jel között, vagy földvédő/sönt nyomokat adhat az analóg jel mellé. Ügyeljen a digitális földeléstől az analóg földelésig terjedő zaj interferenciára is.

2. Hogyan kell figyelembe venni az impedancia illesztést a nagy sebességű PCB tervezési vázlatok tervezésekor?

A nagysebességű PCB áramkörök tervezésekor az impedancia illesztés az egyik tervezési elem. Az impedancia érték abszolút kapcsolatban áll a huzalozási módszerrel, mint például a felületi rétegen (mikroszalag) vagy a belső rétegen (szalagvonal/dupla szalagvonal) való járás, a referenciarétegtől való távolság (teljesítményréteg vagy alapréteg), a vezeték szélessége, a PCB anyaga stb. Mindkettő befolyásolja a nyomvonal karakterisztikus impedancia értékét. Azaz az impedancia értéke csak bekötés után határozható meg. A szimulációs szoftverek általában nem vehetnek figyelembe bizonyos vezetékezési feltételeket, amelyek nem folytonos impedanciával rendelkeznek az áramkörmodell vagy az alkalmazott matematikai algoritmus korlátai miatt. A kapcsolási rajzon jelenleg csak néhány lezáró (végződés), például soros ellenállás foglalható le. Enyhítse a folytonossági zavar hatását a nyomimpedanciában. A probléma valódi megoldása az, hogy megpróbáljuk elkerülni az impedancia megszakadásait a vezetékezés során.

3. A nagy sebességű NYÁK-tervezés során mely szempontokat kell figyelembe vennie a tervezőnek az EMC és az EMI szabályokat?

Általánosságban elmondható, hogy az EMI/EMC tervezésnek egyszerre kell figyelembe vennie a sugárzási és a vezetési szempontokat. Az előbbi a magasabb frekvenciájú részhez (<30MHz), az utóbbi pedig az alacsonyabb frekvenciájú részhez (<30MHz) tartozik. Tehát nem lehet csak a magas frekvenciára figyelni, és figyelmen kívül hagyni az alacsony frekvenciájú részt. A jó EMI/EMC tervezésnél az elrendezés elején figyelembe kell venni az eszköz elhelyezkedését, a NYÁK-verem elrendezését, a fontos csatlakozási módot, az eszközválasztást stb. Ha nincs jobb elrendezés előtte, azt utólag megoldják. Feleannyi erőfeszítéssel megduplázza az eredményt, és növeli a költségeket. Például az óragenerátor helye nem lehet közel a külső csatlakozóhoz. A nagy sebességű jeleknek a lehető legnagyobb mértékben a belső rétegbe kell menniük. Ügyeljen a karakterisztikus impedancia illesztésre és a referenciaréteg folytonosságára a visszaverődések csökkentése érdekében. Az eszköz által nyomott jel elfordulási sebessége a lehető legkisebb legyen a magasság csökkentése érdekében. A frekvenciakomponensek a szétkapcsoló/bypass kondenzátor kiválasztásakor ügyeljenek arra, hogy annak frekvenciamenete megfelel-e a teljesítménysíkon zajló zajcsökkentés követelményeinek. Ezenkívül ügyeljen a nagyfrekvenciás jeláram visszatérési útjára, hogy a hurok területe a lehető legkisebb legyen (vagyis a hurok impedanciája a lehető legkisebb legyen), hogy csökkentse a sugárzást. A nagyfrekvenciás zajok tartományának szabályozásához a talaj is felosztható. Végül megfelelően válassza ki a ház földelését a PCB és a ház között.

4. Hogyan válasszunk NYÁK-kártyát?

A nyomtatott áramköri lap kiválasztásánál egyensúlyt kell találni a tervezési követelmények teljesítése, valamint a tömeggyártás és a költségek között. A tervezési követelmények mind az elektromos, mind a mechanikus alkatrészeket tartalmazzák. Általában ez az anyagprobléma fontosabb nagyon nagy sebességű (GHz-nél nagyobb frekvenciájú) NYÁK kártyák tervezésekor. Például az általánosan használt FR-4 anyag, a dielektromos veszteség több GHz-es frekvencián nagy hatással lesz a jel csillapítására, és nem biztos, hogy megfelelő. Ami az elektromosságot illeti, ügyeljen arra, hogy a dielektromos állandó és a dielektromos veszteség megfelel-e a tervezett frekvenciának.

5. Hogyan lehet a lehető legnagyobb mértékben megfelelni az EMC-követelményeknek anélkül, hogy túl nagy költségnyomást okoznánk?

A nyomtatott áramköri lapok elektromágneses összeférhetősége miatti megnövekedett költsége általában az árnyékoló hatás fokozása érdekében a talajrétegek számának növekedéséből, valamint a ferritgyöngy, fojtó és más nagyfrekvenciás harmonikus elnyomó eszközök hozzáadásának köszönhető. Ezenkívül általában össze kell hangolni más intézmények árnyékolási struktúráját, hogy a teljes rendszer megfeleljen az EMC követelményeknek. Az alábbiakban csak néhány nyomtatott áramköri kártya tervezési technikát mutatunk be az áramkör által keltett elektromágneses sugárzás csökkentésére.

Próbáljon meg egy lassabb jelfordulatszámú eszközt választani, hogy csökkentse a jel által generált nagyfrekvenciás összetevőket.

Ügyeljen a nagyfrekvenciás alkatrészek elhelyezésére, ne legyen túl közel a külső csatlakozóhoz.

A nagyfrekvenciás visszaverődés és sugárzás csökkentése érdekében ügyeljen a nagy sebességű jelek impedanciaillesztésére, a kábelezési rétegre és annak visszatérő áramútjára.

Helyezzen elegendő és megfelelő leválasztó kondenzátort az egyes eszközök tápegység érintkezőire, hogy csökkentse a tápsíkon és az alaplapon a zajt. Különös figyelmet kell fordítani arra, hogy a kondenzátor frekvenciamenete és hőmérsékleti jellemzői megfelelnek-e a tervezési követelményeknek.

A külső csatlakozó közelében lévő földelés megfelelően elválasztható a földtől, a csatlakozó földelése pedig csatlakoztatható a közeli ház földeléséhez.

A talajvédő/söntnyomok megfelelően használhatók néhány speciális nagysebességű jelzés mellett. De ügyeljen a védő/sönt nyomok befolyására a nyom karakterisztikus impedanciájára.

A teljesítményréteg 20H-val zsugorodik a talajréteghez képest, H pedig a teljesítményréteg és a talajréteg közötti távolság.

6. Milyen szempontokra kell figyelni a 2G feletti nagyfrekvenciás NYÁK tervezésénél, irányításánál és elrendezésénél?

A 2G feletti nagyfrekvenciás PCB-k a rádiófrekvenciás áramkörök tervezésébe tartoznak, és nem tartoznak a nagy sebességű digitális áramkörök tervezésének tárgykörébe. A rádiófrekvenciás áramkör elrendezését és útválasztását a kapcsolási rajzzal együtt kell figyelembe venni, mert az elrendezés és az útválasztás elosztási hatásokat okoz. Ezenkívül néhány passzív eszköz a rádiófrekvenciás áramkörök tervezésében paraméterezett definíciók és speciális alakú rézfóliák révén valósul meg. Ezért EDA-eszközök szükségesek a paraméterezett eszközök biztosításához és a speciális alakú rézfóliák szerkesztéséhez. A Mentor’s Boardstation egy speciális RF tervezőmodullal rendelkezik, amely megfelel ezeknek a követelményeknek. Ezenkívül az általános rádiófrekvenciás tervezéshez speciális RF áramkör-elemző eszközökre van szükség. A szakmában a leghíresebb az agilent eesoft, amely jó interfésszel rendelkezik a Mentor eszközeivel.

7. A tesztpontok hozzáadása befolyásolja-e a nagy sebességű jelek minőségét?

Az, hogy ez befolyásolja-e a jel minőségét, a tesztpontok hozzáadásának módjától és a jel gyorsaságától függ. Alapvetően további vizsgálati pontokat (ne használja a meglévő átmenő vagy DIP tűt tesztpontként) lehet hozzáadni a vezetékhez, vagy egy rövid vonalat húzni a vezetékből. Az előbbi egy kis kondenzátor hozzáadásával egyenértékű, az utóbbi egy extra elágazás. Mindkét feltétel többé-kevésbé befolyásolja a nagy sebességű jelet, és a hatás mértéke a jel frekvenciájához és a jel szélsebességéhez kapcsolódik. A becsapódás nagysága szimulációval ismerhető meg. Elvileg minél kisebb a vizsgálati pont, annál jobb (természetesen meg kell felelnie a vizsgálóeszköz követelményeinek), minél rövidebb az ág, annál jobb.