1 kérdések

Az elektronikus rendszerek tervezésének összetettségének és integrációjának nagyarányú növekedésével az órajelek és az eszközök emelkedési ideje egyre gyorsabban nő, és nagy sebességű NYÁK a tervezés a tervezési folyamat fontos részévé vált. A nagysebességű áramkörök tervezésénél az áramköri lap induktivitása és kapacitása a vezetéket egy átviteli vonallal egyenértékűvé teszi. A lezáróelemek helytelen elrendezése vagy a nagy sebességű jelek helytelen bekötése átviteli vonali hatásproblémákat okozhat, ami hibás adatkimenetet, rendellenes áramköri működést vagy akár működésképtelenséget is eredményezhet. Összegezve, az átviteli vonal modellje alapján az átviteli vonal káros hatásokat, például jelvisszaverődést, áthallást, elektromágneses interferenciát, tápellátást és földzajt fog okozni az áramkör kialakításában.

A megbízhatóan működő nagysebességű PCB áramköri kártya tervezése érdekében a tervezést teljes mértékben és alaposan meg kell fontolni, hogy megoldjunk néhány megbízhatatlan problémát, amelyek az elrendezés és az útválasztás során fordulhatnak elő, lerövidítik a termékfejlesztési ciklust és javítják a piaci versenyképességet.

A PROTEL tervezőeszközök használata nagy sebességű PCB-tervezéshez

2 Nagyfrekvenciás rendszer elrendezése

Az áramkör NYÁK tervezésénél az elrendezés fontos láncszem. Az elrendezés eredménye közvetlenül befolyásolja a huzalozási hatást és a rendszer megbízhatóságát, ami a legidőigényesebb és legnehezebb az egész nyomtatott áramköri lap tervezésében. A nagyfrekvenciás NYÁK komplex környezete megnehezíti a nagyfrekvenciás rendszer elrendezésének tervezését a tanult elméleti ismeretek felhasználásával. Ez megköveteli, hogy a tervező személynek gazdag tapasztalattal kell rendelkeznie a nagy sebességű nyomtatott áramköri lapok gyártásában, hogy elkerülje a kitérőket a tervezési folyamatban. Javítsa az áramköri munka megbízhatóságát és hatékonyságát. Az elrendezés során átfogóan figyelembe kell venni a mechanikai szerkezetet, a hőelvezetést, az elektromágneses interferenciát, a jövőbeni vezetékezés kényelmét és az esztétikát.

Először is, az elrendezés előtt az egész áramkört funkciókra osztják. A nagyfrekvenciás áramkört elválasztják az alacsony frekvenciájútól, az analóg és a digitális áramkört pedig elválasztják. Mindegyik funkcionális áramkört a lehető legközelebb kell elhelyezni a chip közepéhez. Kerülje el a túl hosszú vezetékek által okozott átviteli késleltetést, és javítsa a kondenzátorok szétkapcsoló hatását. Ezenkívül ügyeljen a csapok és az áramköri alkatrészek és más csövek közötti relatív helyzetekre és irányokra, hogy csökkentse ezek kölcsönös hatását. Minden nagyfrekvenciás alkatrésznek távol kell lennie az alváztól és más fémlemezektől a parazita csatolás csökkentése érdekében.

Másodszor, az elrendezés során figyelmet kell fordítani az alkatrészek közötti hő- és elektromágneses hatásokra. Ezek a hatások különösen súlyosak a nagyfrekvenciás rendszerek esetében, ezért intézkedéseket kell tenni a hő és az árnyékolás távol tartására vagy izolálására. A nagy teljesítményű egyenirányító csövet és az állítócsövet radiátorral kell felszerelni, és távol kell tartani a transzformátortól. A hőálló alkatrészeket, például az elektrolitkondenzátorokat távol kell tartani a fűtőelemektől, különben az elektrolit kiszárad, ami megnövekedett ellenállást és gyenge teljesítményt eredményez, ami befolyásolja az áramkör stabilitását. Az elrendezésben elegendő helyet kell hagyni a védőszerkezet elrendezéséhez és a különféle parazita tengelykapcsolók bejutásának megakadályozásához. A nyomtatott áramköri lapon lévő tekercsek közötti elektromágneses csatolás elkerülése érdekében a két tekercset derékszögben kell elhelyezni a csatolási együttható csökkentése érdekében. Alkalmazható a függőleges lemezszigetelés módszere is. A legjobb, ha közvetlenül a forrasztandó alkatrész vezetékét használja az áramkörhöz. Minél rövidebb a vezeték, annál jobb. Ne használjon csatlakozókat és forrasztófüleket, mert a szomszédos forrasztófülek között megoszlik a kapacitás és az elosztott induktivitás. Kerülje a nagy zajú alkatrészek elhelyezését a kristályoszcillátor, a RIN, az analóg feszültség és a referenciafeszültség jelnyomai körül.

Végül, a benne rejlő minőség és megbízhatóság biztosítása mellett, az általános szépség figyelembe vétele mellett, ésszerű áramköri tervezést kell végezni. Az alkatrészeknek párhuzamosnak vagy merőlegesnek kell lenniük a tábla felületével, és párhuzamosak vagy merőlegesek a fő tábla szélével. Az alkatrészek eloszlása ​​a tábla felületén a lehető legegyenletesebb legyen, a sűrűség pedig egyenletes legyen. Így nem csak szép, hanem könnyen összeszerelhető, hegeszthető, tömeggyártása is egyszerű.

3 A nagyfrekvenciás rendszer bekötése

A nagyfrekvenciás áramkörökben a csatlakozó vezetékek ellenállásának, kapacitásának, induktivitásának és kölcsönös induktivitásának eloszlási paraméterei nem hagyhatók figyelmen kívül. Az interferencia elleni küzdelem szempontjából az ésszerű vezetékezés az, ha megpróbáljuk csökkenteni a vonali ellenállást, az elosztott kapacitást és a szórt induktivitást az áramkörben. , A keletkező szórt mágneses mezőt minimálisra csökkentjük, így elnyomja az elosztott kapacitást, a szivárgó mágneses fluxust, az elektromágneses kölcsönös induktivitást és a zaj okozta egyéb interferenciákat.

A PROTEL tervezőeszközeinek alkalmazása Kínában meglehetősen elterjedt. Sok tervező azonban csak a „szélessávú sebességre” helyezi a hangsúlyt, és a PROTEL tervezőeszközök által az eszközjellemzők változásaihoz való alkalmazkodás érdekében végzett fejlesztéseket nem alkalmazták a tervezésben, ami nem csak a tervezési eszköz erőforrások pazarlása komoly, ami megnehezíti számos új eszköz kiváló teljesítményének a játékba vételét.

Az alábbiakban bemutatunk néhány speciális funkciót, amelyeket a PROTEL99 SE eszköz biztosíthat.

(1) A nagyfrekvenciás áramköri eszköz érintkezői közötti vezetéket a lehető legkevésbé kell meghajlítani. A legjobb a teljes egyenes vonal használata. Ha hajlításra van szükség, 45°-os hajlítások vagy ívek használhatók, amelyek csökkenthetik a nagyfrekvenciás jelek külső kibocsátását és a kölcsönös interferenciát. Közötti csatolás. Ha a PROTEL-t használja az útválasztáshoz, akkor a „Dizájn” menü „Szabályok” menüjében a „Routing Corners” menüpontban választhatja a 45 fokot vagy a Lekerekített értéket. Használhatja a Shift + Szóköz billentyűket is a sorok közötti gyors váltáshoz.

(2) Minél rövidebb a vezeték a nagyfrekvenciás áramköri eszköz érintkezői között, annál jobb.

PROTEL 99 A legrövidebb huzalozás elérésének leghatékonyabb módja az, ha az egyes kulcsfontosságú nagysebességű hálózatokhoz vezetékezési időpontot egyeztetünk az automatikus vezetékezés előtt. „Útvonal-topológia” a „Rules” részben a „Tervezés” menüben

Válassza ki a legrövidebbet.

(3) A nagyfrekvenciás áramköri eszközök érintkezői közötti vezetékrétegek váltakozása a lehető legkisebb. Vagyis minél kevesebb via-t használnak a komponens csatlakoztatási folyamatában, annál jobb.

Egy átmenet körülbelül 0.5 pF elosztott kapacitást hozhat, a via-ok számának csökkentése pedig jelentősen növelheti a sebességet.

(4) A nagyfrekvenciás áramköri huzalozásnál ügyeljen a jelvezeték párhuzamos huzalozása által okozott „kereszt-interferenciára”, azaz az áthallásra. Ha a párhuzamos elosztás elkerülhetetlen, akkor a párhuzamos jelvezeték ellentétes oldalán nagy “föld” terület helyezhető el.

Az interferencia nagymértékű csökkentése érdekében. A párhuzamos huzalozás ugyanabban a rétegben szinte elkerülhetetlen, de két szomszédos rétegben a vezetékezés irányának egymásra merőlegesnek kell lennie. Ezt a PROTEL-ben nem nehéz megtenni, de könnyű figyelmen kívül hagyni. A „Dizájn” menü „szabályok” menüjének „RouTingLayers” részében válassza a Horizontal (Vízszintes) lehetőséget a Toplayernél, és a Függőlegeset a BottomLayernél. Ezen túlmenően a „Polygonplane” a „helyen” is megtalálható

A sokszögű rács rézfólia felületének funkciója, ha a sokszöget a teljes nyomtatott áramkör felületeként helyezi el, és ezt a rezet az áramkör GND-jéhez csatlakoztatja, javíthatja a nagyfrekvenciás interferencia-ellenes képességet. nagyobb előnyök a hőelvezetés és a nyomtatótábla szilárdsága tekintetében.

(5) A különösen fontos jelvezetékek vagy helyi egységek földelővezeték-elzárására vonatkozó intézkedések végrehajtása. A „Kijelölt objektumok körvonalazása” az „Eszközök” részben található, és ez a funkció használható a kiválasztott fontos jelvonalak (például LT és X1 oszcillációs áramkör) automatikus „földelésére”.

(6) Általában az áramkör tápvezetéke és földelési vonala szélesebb, mint a jelvezeték. A „Tervezés” menü „Osztályok” pontjával osztályozhatja a hálózatot, amely áramhálózatra és jelhálózatra oszlik. Kényelmes beállítani a huzalozási szabályokat. Váltsa át a tápvezeték és a jelvezeték vonalszélességét.

(7) A különböző típusú vezetékek nem képezhetnek hurkot, és a földelővezeték sem tud áramhurkot képezni. Ha hurokáramkör jön létre, az sok interferenciát okoz a rendszerben. Erre használható egy láncos huzalozási módszer, amellyel hatékonyan elkerülhető a hurkok, ágak vagy csonkok kialakulása a huzalozás során, de a nem könnyű vezetékezés problémáját is magával hozza.

(8) A különböző chipek adatai és kialakítása alapján becsülje meg a tápáramkörön áthaladó áramot, és határozza meg a szükséges vezetékszélességet. Az empirikus képlet szerint: W (vonalszélesség) ≥ L (mm/A) × I (A).

Az áramerősség szerint próbálja meg növelni a tápvezeték szélességét és csökkenteni a hurok ellenállását. Ezzel egyidejűleg a tápvezeték és a földvonal irányát összhangba kell hozni az adatátvitel irányával, ami elősegíti a zajcsökkentő képesség javítását. Szükség esetén a nagyfrekvenciás ferritből készült, rézhuzalból készült nagyfrekvenciás fojtókészülék a tápvezetékhez és a földvezetékhez adható, hogy megakadályozza a nagyfrekvenciás zaj átvezetését.

(9) Ugyanannak a hálózatnak a vezetékszélességét változatlannak kell tartani. A vonalszélesség eltérései egyenetlen vonaljellemző impedanciát okoznak. Ha az átviteli sebesség nagy, akkor visszaverődés lép fel, amit a lehető legnagyobb mértékben el kell kerülni a tervezés során. Ezzel egyidejűleg növelje meg a párhuzamos vonalak vonalszélességét. Ha a vonalközéppont távolság nem haladja meg a vonalszélesség 3-szorosát, akkor az elektromos tér 70%-a kölcsönös interferencia nélkül fenntartható, amit 3W elvnek nevezünk. Ily módon leküzdhető az elosztott kapacitás és az elosztott induktivitás párhuzamos vonalak által okozott hatása.

4 A tápkábel és a földelővezeték kialakítása

A nagyfrekvenciás áramkör által bevezetett tápzaj és vonali impedancia okozta feszültségesés megoldása érdekében teljes mértékben figyelembe kell venni a nagyfrekvenciás áramkörben a táprendszer megbízhatóságát. Általában két megoldás létezik: az egyik a tápbusz-technológia alkalmazása a huzalozáshoz; a másik pedig külön tápréteg használata. Ehhez képest az utóbbi gyártási folyamata bonyolultabb, a költségek pedig drágábbak. Ezért a hálózati típusú teljesítménybusz-technológiát a vezetékezéshez lehet használni, így minden komponens más-más hurokhoz tartozik, és a hálózat minden egyes buszának árama kiegyensúlyozott, csökkentve a vonali impedancia okozta feszültségesést.

A nagyfrekvenciás átviteli teljesítmény viszonylag nagy, nagy felületű réz használható, és a közelben találhat egy kis ellenállású alapsíkot többszörös földeléshez. Mivel a földelő vezeték induktivitása arányos a frekvenciával és hosszával, a közös földelési impedancia megnő, ha a működési frekvencia magas, ami növeli a közös földimpedancia által keltett elektromágneses interferenciát, így a földelő vezeték hossza a lehető legrövidebbnek kell lennie. Próbálja csökkenteni a jelvezeték hosszát és növelni a földhurok területét.

Állítson be egy vagy több nagyfrekvenciás leválasztó kondenzátort a chip tápára és földelésére, hogy a közeli nagyfrekvenciás csatornát biztosítsa az integrált chip tranziens áramának, hogy az áram ne haladjon át a tápvezetéken nagy hurokkal. területen, ezáltal nagymértékben csökkentve A zaj kisugárzott. Válasszon leválasztó kondenzátorként jó nagyfrekvenciás jelekkel rendelkező monolit kerámia kondenzátorokat. Használjon nagy kapacitású tantál kondenzátorokat vagy poliészter kondenzátorokat elektrolit kondenzátorok helyett energiatároló kondenzátorként az áramköri töltéshez. Mivel az elektrolitkondenzátor elosztott induktivitása nagy, nagyfrekvenciásnál érvénytelen. Elektrolit kondenzátorok használatakor azokat párban használja a jó nagyfrekvenciás jellemzőkkel rendelkező leválasztó kondenzátorokkal.

5 Egyéb nagysebességű áramkör-tervezési technikák

Az impedanciaillesztés olyan működési állapotra vonatkozik, amelyben a terhelési impedancia és a gerjesztőforrás belső impedanciája egymáshoz igazítva a maximális kimeneti teljesítmény elérése érdekében. A nagy sebességű NYÁK-kábelezésnél a jel visszaverődésének megakadályozása érdekében az áramkör impedanciája 50 Ω kell legyen. Ez egy hozzávetőleges adat. Általában előírják, hogy a koaxiális kábel alapsávja 50 Ω, a frekvenciasáv 75 Ω, és a sodrott vezeték 100 Ω. Ez csak egy egész szám, az egyeztetés megkönnyítése érdekében. Az adott áramköri elemzés szerint a párhuzamos váltakozó áramú lezárást alkalmazzák, és az ellenállást és a kondenzátorhálózatot használják lezáró impedanciaként. Az R lezáró ellenállásnak kisebbnek vagy egyenlőnek kell lennie, mint a távvezeték Z0 impedanciája, és a C kapacitásnak nagyobbnak kell lennie 100 pF-nél. 0.1 UF többrétegű kerámia kondenzátorok használata javasolt. A kondenzátor funkciója az alacsony frekvencia blokkolása és a magas frekvencia áteresztése, így az R ellenállás nem a meghajtó forrás egyenáramú terhelése, így ennek a lezárási módnak nincs egyenáramú energiafogyasztása.

Az áthallás a szomszédos átviteli vonalakhoz való elektromágneses csatolás által okozott nemkívánatos feszültségzaj interferenciára utal, amikor a jel az átviteli vonalon terjed. A csatolás kapacitív csatolásra és induktív csatolásra oszlik. A túlzott áthallás az áramkör téves kioldását okozhatja, és a rendszer nem működik megfelelően. Az áthallás néhány jellemzője szerint az áthallás csökkentésének több fő módszere összefoglalható:

(1) Növelje a sortávolságot, csökkentse a párhuzamos hosszt, és szükség esetén használja a bekötési módszert.

(2) Ha a nagy sebességű jelvonalak megfelelnek a feltételeknek, a lezárási illesztés hozzáadásával csökkenthető vagy kiküszöbölhető a visszaverődés, ezáltal csökken az áthallás.

(3) A mikroszalagos távvezetékek és szalagos távvezetékek esetében a nyomvonal magasságának az alapsík feletti tartományon belüli korlátozása jelentősen csökkentheti az áthallás mértékét.

(4) Ha a bekötési hely megengedi, helyezzen be egy földelő vezetéket a két komolyabb áthallású vezeték közé, amely szerepet játszhat az izolálásban és csökkentheti az áthallást.

A hagyományos NYÁK-tervezésben a nagysebességű analízis és szimulációs vezetés hiánya miatt a jel minősége nem garantálható, és a problémák nagy része a lemezkészítési tesztig nem fedezhető fel. Ez nagymértékben csökkenti a tervezési hatékonyságot és növeli a költségeket, ami nyilvánvalóan hátrányos a kiélezett piaci versenyben. Ezért a nagysebességű PCB tervezéshez az iparban dolgozók egy új tervezési ötletet javasoltak, amely „felülről lefelé irányuló” tervezési módszerré vált. A politika sokféle elemzése és optimalizálása után a legtöbb lehetséges probléma elkerülhető, és sok megtakarítást sikerült elérni. Ideje gondoskodni arról, hogy a projekt költségvetése teljesüljön, jó minőségű nyomtatott táblák készüljenek, és elkerülhetőek legyenek a fárasztó és költséges teszthibák.

A differenciálvonalak használata digitális jelek továbbítására hatékony intézkedés a nagysebességű digitális áramkörök jelintegritását rontó tényezők szabályozására. A nyomtatott áramköri lapon lévő differenciálvonal egyenértékű egy kvázi-TEM üzemmódban működő, mikrohullámú integrált átviteli vonalpárral. Ezek közül a NYÁK tetején vagy alján lévő differenciálvonal egyenértékű a csatolt mikroszalag vonallal, és a többrétegű PCB belső rétegén található. A differenciálvonal egyenértékű egy széles oldalú csatolt szalagvonallal. A digitális jel a differenciálvonalon páratlan módú átviteli módban kerül továbbításra, azaz a pozitív és negatív jelek közötti fáziskülönbség 180°, a zaj páros differenciálvonalon pedig közös módban van csatolva. Az áramkör feszültségét vagy áramát kivonják, így a jelet a közös módú zaj kiküszöbölésére lehet kapni. A differenciálvonalpár kisfeszültségű amplitúdója vagy áramhajtási kimenete megfelel a nagy sebességű integráció és az alacsony energiafogyasztás követelményeinek.

6 záró megjegyzés

Az elektronikus technológia folyamatos fejlődésével elengedhetetlen a jelintegritás elméletének megértése a nagy sebességű PCB-k tervezésének irányításához és ellenőrzéséhez. Ebben a cikkben összefoglalt néhány tapasztalat segíthet a nagy sebességű áramköri PCB tervezőknek lerövidíteni a fejlesztési ciklust, elkerülni a szükségtelen kitérőket, valamint megtakarítani a munkaerőt és az anyagi erőforrásokat. A tervezőknek folytatniuk kell a kutatást és a kutatást a tényleges munka során, tovább kell gyűjteniük a tapasztalatokat, és új technológiákat kell kombinálniuk a kiváló teljesítményű, nagy sebességű PCB áramköri lapok tervezésére.