נכון לעכשיו, בתדר גבוה ו PCB במהירות גבוהה עיצוב הפך למיינסטרים, וכל מהנדס פריסת PCB צריך להיות בקיא. בשלב הבא, Banermei ישתף אתכם בחלק מניסיון העיצוב של מומחי חומרה במעגלי PCB בתדר גבוה ובמהירות גבוהה, ואני מקווה שזה יעזור לכולם.

1. כיצד להימנע מהפרעות בתדר גבוה?

הרעיון הבסיסי של הימנעות מהפרעות בתדר גבוה הוא למזער את הפרעות השדה האלקטרומגנטי של אותות בתדר גבוה, שהוא מה שנקרא crosstalk (Crosstalk). ניתן להגדיל את המרחק בין האות המהיר לאות האנלוגי, או להוסיף עקבות מגן קרקע/shunt ליד האות האנלוגי. שימו לב גם להפרעות הרעש מהאדמה הדיגיטלית לאדמה האנלוגית.

2. כיצד לשקול התאמת עכבה בעת תכנון סכימות עיצוב PCB במהירות גבוהה?

בעת תכנון מעגלי PCB מהירים, התאמת עכבה היא אחד ממרכיבי העיצוב. לערך העכבה יש קשר מוחלט עם שיטת החיווט, כגון הליכה על שכבת פני השטח (מיקרוסטריפ) או שכבה פנימית (סטריפליין/רצועה כפולה), מרחק משכבת ​​הייחוס (שכבת החשמל או שכבת הקרקע), רוחב החיווט, חומר ה-PCB , וכו’ שניהם ישפיעו על ערך העכבה האופייני של העקיבה. כלומר, ניתן לקבוע את ערך העכבה רק לאחר החיווט. באופן כללי, תוכנת סימולציה אינה יכולה לקחת בחשבון כמה תנאי חיווט עם עכבה לא רציפה בשל המגבלה של מודל המעגל או האלגוריתם המתמטי בשימוש. בשלב זה, ניתן לשמור רק חלק מסופי (termination), כגון התנגדות סדרה, בתרשים הסכמטי. להקל על ההשפעה של אי המשכיות בעכבת עקבות. הפתרון האמיתי לבעיה הוא לנסות למנוע אי רציפות עכבה בעת חיווט.

3. בתכנון PCB במהירות גבוהה, באילו היבטים על המעצב לשקול כללי EMC ו-EMI?

באופן כללי, תכנון EMI/EMC צריך לקחת בחשבון הן היבטים מוקרנים והן היבטים מובלים בו-זמנית. הראשון שייך לחלק התדר הגבוה יותר (<30MHz) והשני הוא החלק בתדר הנמוך יותר (<30MHz). אז אתה לא יכול פשוט לשים לב לתדר הגבוה ולהתעלם מהחלק בתדר הנמוך. תכנון EMI/EMC טוב חייב לקחת בחשבון את מיקום המכשיר, סידור מחסנית PCB, שיטת חיבור חשובה, בחירת מכשיר וכו’ בתחילת הפריסה. אם לא יהיה סידור טוב יותר מראש, זה ייפתר לאחר מכן. זה יעשה פי שניים את התוצאה עם חצי מהמאמץ ויגדיל את העלות. לדוגמה, המיקום של מחולל השעון לא צריך להיות קרוב למחבר החיצוני. אותות במהירות גבוהה צריכים לעבור לשכבה הפנימית ככל האפשר. שימו לב להתאמת העכבה האופיינית ולהמשכיות של שכבת הייחוס כדי להפחית השתקפויות. קצב ההטיה של האות שנדחף על ידי המכשיר צריך להיות קטן ככל האפשר כדי להפחית את הגובה. רכיבי תדר, בעת בחירת קבל ניתוק/עוקף, שימו לב האם תגובת התדר שלו עומדת בדרישות להפחתת הרעש במישור הכוח. בנוסף, שימו לב לנתיב ההחזרה של זרם האות בתדר גבוה כדי להפוך את אזור הלולאה קטן ככל האפשר (כלומר, עכבת לולאה קטנה ככל האפשר) כדי להפחית את הקרינה. ניתן גם לחלק את הקרקע כדי לשלוט בטווח הרעשים בתדר גבוה. לבסוף, בחר כראוי את הארקת המארז בין ה-PCB לבין הדיור.

4. איך לבחור לוח PCB?

הבחירה בלוח PCB חייבת ליצור איזון בין עמידה בדרישות התכנון לבין ייצור המוני ועלות. דרישות התכנון כוללות חלקים חשמליים ומכניים כאחד. בדרך כלל בעיה חומרית זו חשובה יותר בעת תכנון לוחות PCB מהירים מאוד (תדר גדול מ-GHz). לדוגמה, החומר הנפוץ FR-4, ההפסד הדיאלקטרי בתדר של מספר גיגה-הרץ ישפיע רבות על הנחתת האות, וייתכן שלא יהיה מתאים. בכל הנוגע לחשמל, שימו לב האם הקבוע הדיאלקטרי וההפסד הדיאלקטרי מתאימים לתדר המתוכנן.

5. איך לעמוד בדרישות EMC ככל האפשר מבלי לגרום ללחץ עלויות גדול מדי?

העלות המוגדלת של לוח PCB עקב EMC נובעת בדרך כלל מהגידול במספר שכבות הקרקע כדי לשפר את אפקט המיגון ותוספת של חרוז פריט, משנק והתקני דיכוי הרמוניים בתדר גבוה אחרים. בנוסף, בדרך כלל יש צורך להתאים את מבנה המיגון במוסדות אחרים כדי לגרום לכל המערכת לעמוד בדרישות ה-EMC. להלן רק כמה טכניקות עיצוב לוחות PCB להפחתת אפקט הקרינה האלקטרומגנטית שנוצרת על ידי המעגל.

נסה לבחור מכשיר עם קצב מיתון אות איטי יותר כדי להפחית את רכיבי התדר הגבוה שנוצר על ידי האות.

שימו לב למיקום של רכיבים בתדר גבוה, לא קרוב מדי למחבר החיצוני.

שימו לב להתאמת העכבות של אותות במהירות גבוהה, שכבת החיווט ונתיב הזרם החוזר שלה, כדי להפחית השתקפות וקרינה בתדר גבוה.

הנח קבלי ניתוק מספקים ומתאימים על פיני אספקת החשמל של כל מכשיר כדי להקל על הרעש במישור החשמל ובמישור ההארקה. שימו לב במיוחד אם תגובת התדר ומאפייני הטמפרטורה של הקבל עומדים בדרישות התכנון.

האדמה ליד המחבר החיצוני ניתנת להפרדה נכונה מהאדמה, וניתן לחבר את הארקה של המחבר להארקת השלדה הסמוכה.

ניתן להשתמש בעקבות מגן קרקע/שאנט כראוי לצד כמה אותות מיוחדים במהירות גבוהה. אבל שימו לב להשפעה של עקבות שומר/שאנט על העכבה האופיינית של העקבות.

שכבת הכוח מתכווצת 20H משכבת ​​הקרקע, ו-H הוא המרחק בין שכבת הכוח לשכבת הקרקע.

6. לאילו היבטים יש לשים לב בעת תכנון, ניתוב ופריסה של PCB בתדר גבוה מעל 2G?

PCB בתדר גבוה מעל 2G שייכים לתכנון של מעגלי תדר רדיו ואינם בגדר הדיון בתכנון מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה. יש לשקול את הפריסה והניתוב של מעגל תדר הרדיו יחד עם הסכמטי, מכיוון שהפריסה והניתוב יגרמו להשפעות הפצה. יתר על כן, כמה מכשירים פסיביים בתכנון מעגלי תדר רדיו מתממשים באמצעות הגדרות פרמטריות ורדיד נחושת בצורת מיוחד. לכן, נדרשים כלי EDA כדי לספק התקנים בעלי פרמטרים ולערוך רדיד נחושת בצורת צורה מיוחדת. לתחנת הלוח של Mentor יש מודול עיצוב RF מיוחד שיכול לעמוד בדרישות אלו. יתר על כן, תכנון RF כללי דורש כלי ניתוח מיוחדים של מעגלי RF. המפורסמת ביותר בתעשייה היא eesoft של agilent, שיש לה ממשק טוב עם הכלים של Mentor.

7. האם הוספת נקודות בדיקה תשפיע על איכות האותות המהירים?

האם זה ישפיע על איכות האות תלוי בשיטה של ​​הוספת נקודות בדיקה ובמהירות האות. בעיקרון, נקודות בדיקה נוספות (אל תשתמש בפין ה-via או DIP הקיים כנקודות בדיקה) עשויות להתווסף לקו או למשוך קו קצר מהקו. הראשון שווה ערך להוספת קבל קטן על הקו, השני הוא ענף נוסף. שני התנאים הללו ישפיעו על האות המהיר פחות או יותר, ומידת ההשפעה קשורה למהירות התדר של האות ולקצב הקצה של האות. ניתן לדעת את גודל ההשפעה באמצעות סימולציה. באופן עקרוני, ככל שנקודת הבדיקה קטנה יותר, כך טוב יותר (כמובן שעליה לעמוד בדרישות של כלי הבדיקה) ככל שהענף קצר יותר, כך טוב יותר.