שאלות 1

עם העלייה בקנה מידה גדול במורכבות התכנון והשילוב של מערכות אלקטרוניות, מהירויות השעון וזמני העלייה של המכשיר נעשים מהירים יותר ויותר, ו PCB במהירות גבוהה עיצוב הפך לחלק חשוב בתהליך העיצוב. בתכנון מעגלים מהירים, השראות והקיבול בקו המעגל הופכים את החוט לשקול לקו תמסורת. פריסה שגויה של רכיבי סיום או חיווט שגוי של אותות במהירות גבוהה עלולים לגרום לבעיות בהשפעת קו התמסורת, וכתוצאה מכך פלט נתונים שגוי מהמערכת, פעולת מעגל חריגה או אפילו אי פעולה כלל. בהתבסס על מודל קו התמסורת, לסיכום, קו התמסורת יביא לתכנון המעגל השפעות שליליות כמו השתקפות אות, הצלבה, הפרעות אלקטרומגנטיות, אספקת חשמל ורעשי קרקע.

על מנת לתכנן מעגל PCB מהיר שיכול לעבוד בצורה מהימנה, יש לשקול את התכנון במלואו ובזהירות כדי לפתור כמה בעיות לא אמינות שעלולות להתרחש במהלך פריסה וניתוב, לקצר את מחזור פיתוח המוצר ולשפר את התחרותיות בשוק.

כיצד להשתמש בכלי עיצוב PROTEL לעיצוב PCB במהירות גבוהה

2 עיצוב פריסה של מערכת בתדר גבוה

בתכנון ה-PCB של המעגל, הפריסה היא חוליה חשובה. התוצאה של הפריסה תשפיע ישירות על אפקט החיווט ועל אמינות המערכת, שהיא הקשה ביותר וצורכת זמן רב בתכנון המעגל המודפס כולו. הסביבה המורכבת של PCB בתדר גבוה מקשה על תכנון הפריסה של מערכת בתדר גבוה לשימוש בידע התיאורטי הנלמד. זה דורש שהאדם הפורש חייב להיות בעל ניסיון עשיר בייצור PCB במהירות גבוהה, כדי למנוע עקיפות בתהליך התכנון. שפר את האמינות והיעילות של עבודת מעגלים. בתהליך הפריסה, יש לתת את הדעת מקיפה על המבנה המכני, פיזור החום, הפרעות אלקטרומגנטיות, נוחות החיווט העתידי והאסתטיקה.

קודם כל, לפני הפריסה, המעגל כולו מחולק לפונקציות. מעגל התדר הגבוה מופרד ממעגל התדר הנמוך, והמעגל האנלוגי והמעגל הדיגיטלי מופרדים. כל מעגל פונקציונלי ממוקם קרוב ככל האפשר למרכז השבב. הימנע עיכוב שידור הנגרם על ידי חוטים ארוכים מדי, ושפר את אפקט הניתוק של קבלים. בנוסף, שימו לב למיקומים ולכיוונים היחסיים בין הפינים ורכיבי המעגל וצינורות אחרים כדי להפחית את השפעתם ההדדית. כל הרכיבים בתדר גבוה צריכים להיות רחוקים מהמרכב ומלוחות מתכת אחרים כדי להפחית צימוד טפילי.

שנית, יש לשים לב להשפעות התרמיות והאלקטרומגנטיות בין הרכיבים במהלך הפריסה. השפעות אלו חמורות במיוחד עבור מערכות בתדר גבוה, ויש לנקוט באמצעים להרחקה או לבידוד, חום ומגן. יש לצייד את צינור המיישר וצינור הכוונון בעל הספק גבוה ברדיאטור ולהרחיק אותם מהשנאי. יש להרחיק רכיבים עמידים בחום כמו קבלים אלקטרוליטים מרכיבי חימום, אחרת האלקטרוליט יתייבש, וכתוצאה מכך התנגדות מוגברת וביצועים גרועים, שישפיעו על יציבות המעגל. יש להשאיר מספיק מקום בפריסה כדי לסדר את המבנה המגן ולמנוע הכנסת צימודים טפיליים שונים. כדי למנוע צימוד אלקטרומגנטי בין הסלילים במעגל המודפס, יש למקם את שני הסלילים בזווית ישרה כדי להפחית את מקדם הצימוד. ניתן להשתמש גם בשיטה של ​​בידוד צלחת אנכית. עדיף להשתמש ישירות בעופרת הרכיב שיש להלחם למעגל. ככל שההובלה קצרה יותר, כך ייטב. אין להשתמש במחברים ולשוניות הלחמה מכיוון שיש קיבול מבוזר והשראות מבוזרת בין לשוניות הלחמה סמוכות. הימנע מהצבת רכיבים בעלי רעש גבוה סביב מתנד הגביש, RIN, מתח אנלוגי ועקבות אותות מתח ייחוס.

לבסוף, תוך הקפדה על האיכות והאמינות הגלומים, תוך התחשבות ביופי הכללי, יש לבצע תכנון מעגלים סביר. הרכיבים צריכים להיות מקבילים או מאונכים למשטח הלוח, ומקבילים או מאונכים לקצה הלוח הראשי. חלוקת הרכיבים על פני הלוח צריכה להיות אחידה ככל האפשר והצפיפות צריכה להיות עקבית. כך הוא לא רק יפה, אלא גם קל להרכבה ולריתוך, וקל לייצור המוני.

3 חיווט של מערכת בתדר גבוה

במעגלים בתדר גבוה, לא ניתן להתעלם מפרמטרי ההפצה של התנגדות, קיבול, השראות והשראות הדדית של החוטים המחברים. מנקודת המבט של אנטי-הפרעות, חיווט סביר הוא לנסות להפחית את התנגדות הקו, הקיבול המבוזר וההשראות התועה במעגל. , השדה המגנטי התועה המתקבל מצטמצם למינימום, כך שהקיבול המבוזר, השטף המגנטי של הדליפה, השראות הדדית אלקטרומגנטית והפרעות אחרות הנגרמות על ידי רעש מדוכאים.

היישום של כלי עיצוב PROTEL בסין היה נפוץ למדי. עם זאת, מעצבים רבים מתמקדים רק ב”קצב הפס הרחב”, והשיפורים שנעשו על ידי כלי העיצוב של PROTEL כדי להתאים את עצמם לשינויים במאפייני המכשיר לא נעשה שימוש בעיצוב, מה שלא רק הופך את הבזבוז של משאבי כלי העיצוב יותר רציני, מה שמקשה על הבאת הביצועים המצוינים של מכשירים חדשים רבים למשחק.

להלן מוצגות כמה פונקציות מיוחדות שכלי PROTEL99 SE יכול לספק.

(1) יש לכופף את הכבל בין הפינים של מכשיר המעגל בתדר גבוה כמה שפחות. עדיף להשתמש בקו ישר מלא. כאשר נדרש כיפוף, ניתן להשתמש בכיפופים או בקשתות של 45°, מה שיכול להפחית את הפליטה החיצונית של אותות בתדר גבוה והפרעות הדדיות. הצימוד בין. בעת שימוש ב-PROTEL לניתוב, ניתן לבחור 45 מעלות או מעוגל ב”פינות הניתוב” בתפריט “הכללים” בתפריט “עיצוב”. אתה יכול גם להשתמש במקשי Shift + רווח כדי לעבור במהירות בין השורות.

(2) ככל שההובלה בין הפינים של מכשיר המעגל בתדר גבוה קצר יותר, כך ייטב.

PROTEL 99 הדרך היעילה ביותר לעמוד בחיווט הקצר ביותר היא לקבוע פגישת חיווט עבור רשתות מפתח בודדות במהירות גבוהה לפני חיווט אוטומטי. “Routing Topology” ב”כללים” בתפריט “עיצוב”.

בחר הקצר ביותר.

(3) החלפת שכבות עופרת בין פינים של התקני מעגל בתדר גבוה קטנה ככל האפשר. כלומר, ככל שמשתמשים בפחות חיבורים בתהליך חיבור הרכיב, כך ייטב.

דרך אחת יכולה להביא לקיבול מבוזר של 0.5pF, והפחתת מספר הגישה יכולה להגביר משמעותית את המהירות.

(4) עבור חיווט מעגלים בתדר גבוה, שימו לב ל”הפרעות צולבות” שמוצגות על ידי החיווט המקביל של קו האות, כלומר, הצלבה. אם חלוקה מקבילית היא בלתי נמנעת, ניתן לארגן שטח גדול של “קרקע” בצד הנגדי של קו האות המקביל

כדי להפחית מאוד את ההפרעות. חיווט מקביל באותה שכבה כמעט בלתי נמנע, אך בשתי שכבות סמוכות, כיוון החיווט חייב להיות מאונך זו לזו. זה לא קשה לעשות ב-PROTEL אבל קל להתעלם מזה. ב-“RouTIngLayers” בתפריט “עיצוב” “כללים”, בחר Horizontal עבור TopPlayer ו-VerTIcal עבור BottomLayer. בנוסף, “Polygonplane” מסופק ב”מקום”

הפונקציה של משטח רדיד הנחושת המצולע, אם תציב את המצולע כמשטח של כל המעגל המודפס, ותחבר את הנחושת הזו ל-GND של המעגל, זה יכול לשפר את יכולת האנטי-הפרעות בתדר גבוה, יש לו גם יתרונות גדולים יותר עבור פיזור חום וחוזק לוח הדפסה.

(5) יש ליישם אמצעי סגירת חוטי הארקה עבור קווי אות חשובים במיוחד או יחידות מקומיות. “מתאר אובייקטים נבחרים” מסופק ב”כלים”, וניתן להשתמש בפונקציה זו כדי “לעטוף את הקרקע” אוטומטית של קווי האות החשובים שנבחרו (כגון מעגל תנודה LT ו-X1).

(6) בדרך כלל, קו החשמל וקו ההארקה של המעגל רחבים יותר מקו האות. אתה יכול להשתמש ב”שיעורים” בתפריט “עיצוב” כדי לסווג את הרשת, המחולקת לרשת חשמל ורשת אות. זה נוח להגדיר את כללי החיווט. החלף את רוחב הקו של קו החשמל וקו האות.

(7) סוגים שונים של חיווט אינם יכולים ליצור לולאה, וחוט ההארקה אינו יכול ליצור לולאה זרם. אם נוצר מעגל לולאה, זה יגרום להפרעות רבות במערכת. לשם כך ניתן להשתמש בשיטת חיווט שרשרת חריפה, אשר יכולה למנוע למעשה היווצרות של לולאות, ענפים או גדמים במהלך החיווט, אך היא גם תביא לבעיה של חיווט לא קל.

(8) על פי הנתונים והעיצוב של שבבים שונים, אמד את הזרם שעבר מעגל אספקת החשמל וקבע את רוחב החוט הנדרש. לפי הנוסחה האמפירית: W (רוחב קו) ≥ L (mm/A) × I (A).

על פי הזרם, נסו להגדיל את רוחב קו החשמל ולהפחית את התנגדות הלולאה. במקביל, הפוך את כיוון קו החשמל וקו הקרקע להתאמה לכיוון העברת הנתונים, מה שעוזר לשפר את היכולת נגד רעש. בעת הצורך, ניתן להוסיף לקו החשמל ולקו הארקה מכשיר חנק בתדר גבוה העשוי מפריט כרוך בחוט נחושת כדי לחסום את הולכת רעש בתדר גבוה.

(9) יש לשמור על רוחב החיווט של אותה רשת זהה. שינויים ברוחב הקו יגרמו לעכבה אופיינית לא אחידה. כאשר מהירות השידור גבוהה, תתרחש השתקפות, אשר יש להימנע ממנה ככל האפשר בתכנון. במקביל, הגדל את רוחב הקו של קווים מקבילים. כאשר מרחק מרכז הקו אינו עולה על פי 3 מרוחב הקו, ניתן לשמור על 70% מהשדה החשמלי ללא הפרעות הדדיות, מה שנקרא עקרון 3W. בדרך זו, ניתן להתגבר על השפעת הקיבול המבוזר וההשראות המפוזרת הנגרמות על ידי קווים מקבילים.

4 עיצוב של כבל חשמל וחוט הארקה

על מנת לפתור את נפילת המתח הנגרמת על ידי רעש אספקת החשמל ועכבת הקו המוכנסים על ידי המעגל בתדר גבוה, יש לשקול במלואה את האמינות של מערכת אספקת החשמל במעגל בתדר גבוה. בדרך כלל יש שני פתרונות: האחד הוא להשתמש בטכנולוגיית אפיק כוח לחיווט; השני הוא להשתמש בשכבת ספק כוח נפרדת. לשם השוואה, תהליך הייצור של האחרון מורכב יותר והעלות יקרה יותר. לכן, ניתן להשתמש בטכנולוגיית אפיק הכוח מסוג רשת לחיווט, כך שכל רכיב שייך ללולאה אחרת, והזרם בכל אפיק ברשת נוטה להיות מאוזן, מה שמפחית את ירידת המתח הנגרמת על ידי עכבת הקו.

כוח השידור בתדר גבוה גדול יחסית, אתה יכול להשתמש בשטח גדול של נחושת, ולמצוא מטוס הארקה בעל התנגדות נמוכה בקרבת מקום להארקה מרובה. מכיוון שההשראות של כבל ההארקה פרופורציונלית לתדירות ולאורך, עכבת ההארקה המשותפת תגדל כאשר תדר הפעולה גבוה, מה שיגביר את ההפרעות האלקטרומגנטיות שנוצרות על ידי עכבת ההארקה המשותפת, כך שאורך חוט ההארקה הוא נדרש להיות קצר ככל האפשר. נסה להקטין את אורך קו האות ולהגדיל את שטח לולאת הקרקע.

הגדר אחד או כמה קבלי ניתוק בתדר גבוה על הכוח והארקה של השבב כדי לספק ערוץ בתדר גבוה קרוב לזרם החולף של השבב המשולב, כך שהזרם לא יעבור דרך קו אספקת החשמל עם לולאה גדולה אזור, ובכך להפחית מאוד את הרעש המוקרן כלפי חוץ. בחר קבלים קרמיים מונוליטיים עם אותות טובים בתדר גבוה כקבלי ניתוק. השתמש בקבלי טנטלום בעלי קיבולת גדולה או בקבלי פוליאסטר במקום בקבלים אלקטרוליטיים כקבלים לאחסון אנרגיה לטעינת מעגלים. מכיוון שההשראות המפוזרת של הקבל האלקטרוליטי היא גדולה, היא לא חוקית עבור תדר גבוה. בעת שימוש בקבלים אלקטרוליטיים, השתמש בהם בזוגות עם קבלי ניתוק עם מאפיינים טובים בתדר גבוה.

5 טכניקות אחרות לתכנון מעגלים מהירים

התאמת עכבה מתייחסת למצב עבודה בו עכבת העומס והעכבה הפנימית של מקור העירור מותאמים זה לזה כדי לקבל את תפוקת ההספק המקסימלית. עבור חיווט PCB במהירות גבוהה, על מנת למנוע השתקפות אות, עכבת המעגל נדרשת להיות 50 Ω. זהו נתון משוער. באופן כללי, נקבע שפס הבסיס של כבל קואקסיאלי הוא 50 Ω, רצועת התדרים היא 75 Ω, והחוט המעוות הוא 100 Ω. זהו רק מספר שלם, לנוחות ההתאמה. על פי ניתוח המעגל הספציפי, סיום ה-AC המקביל מאומץ, ורשת הנגדים והקבלים משמשים כעכבת הסיום. התנגדות הסיום R חייבת להיות קטנה או שווה לעכבת קו התמסורת Z0, והקיבול C חייב להיות גדול מ-100 pF. מומלץ להשתמש בקבלים קרמיים רב שכבתיים 0.1UF. לקבל יש את הפונקציה של חסימת תדר נמוך והעברת תדר גבוה, כך שההתנגדות R אינה עומס ה-DC של מקור המניע, כך שלשיטת סיום זו אין צריכת חשמל DC.

הצלבה מתייחסת להפרעות רעשי מתח בלתי רצויות הנגרמות על ידי צימוד אלקטרומגנטי לקווי תמסורת סמוכים כאשר האות מתפשט על קו התמסורת. הצימוד מחולק לצימוד קיבולי וצימוד אינדוקטיבי. דיבור מוגזם עלול לגרום להפעלה כוזבת של המעגל ולגרום למערכת לא לפעול כרגיל. על פי כמה מאפיינים של הצלבה, ניתן לסכם מספר שיטות עיקריות להפחתת ההצלבה:

(1) הגדל את מרווח השורות, צמצם את האורך המקביל והשתמש בשיטת הריצה לחיווט במידת הצורך.

(2) כאשר קווי אות במהירות גבוהים עומדים בתנאים, הוספת התאמת סיום יכולה להפחית או לבטל השתקפויות, ובכך להפחית את הדיבור.

(3) עבור קווי תמסורת מיקרו-סטריפ וקווי תמסורת פס, הגבלת גובה העקיבה לטווח שמעל למישור ההארקה יכולה להפחית באופן משמעותי את הדיבור.

(4) כאשר מרווח החיווט מאפשר, הכנס חוט הארקה בין שני החוטים עם הצלבה רצינית יותר, שיכול לשחק תפקיד בבידוד ולהפחית את ההצלבה.

בשל היעדר ניתוח מהיר והנחיית סימולציה בתכנון PCB מסורתי, לא ניתן להבטיח את איכות האות, ולא ניתן לגלות את רוב הבעיות עד לבדיקת ייצור הלוחות. זה מקטין במידה ניכרת את יעילות התכנון ומגדיל את העלות, וזה כמובן חסרון בתחרות העזה בשוק. לכן, עבור עיצוב PCB במהירות גבוהה, אנשים בתעשייה הציעו רעיון עיצוב חדש, שהפך לשיטת עיצוב “מלמעלה למטה”. לאחר מגוון ניתוחי מדיניות ואופטימיזציה, רוב הבעיות האפשריות נמנעו ונעשה חיסכון רב. זמן להבטיח עמידה בתקציב הפרויקט, הפקת לוחות מודפסים באיכות גבוהה ונמנעות טעויות בדיקה מייגעות ויקרות.

השימוש בקווים דיפרנציאליים להעברת אותות דיגיטליים הוא אמצעי יעיל לבקרת גורמים ההורסים את שלמות האות במעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה. קו ההפרש בלוח המעגלים המודפס שווה ערך לזוג קווי תמסורת דיפרנציאלי משולב במיקרוגל הפועל במצב מעין-TEM. ביניהם, קו הדיפרנציאלי בחלק העליון או התחתון של ה-PCB שווה ערך לקו המיקרו-סטריפ המצמוד וממוקם בשכבה הפנימית של ה-PCB הרב-שכבתי. האות הדיגיטלי מועבר על הקו הדיפרנציאלי במצב שידור של מצב מוזר, כלומר, הפרש הפאזות בין האותות החיוביים והשליליים הוא 180 מעלות, והרעש מחובר על זוג קווים דיפרנציאליים במצב משותף. המתח או הזרם של המעגל מופחתים, כך שניתן לקבל את האות לביטול רעשי מצב משותף. משרעת המתח הנמוך או יציאת הכונן הזרם של צמד הקווים הדיפרנציאליים ממלאים את הדרישות של אינטגרציה במהירות גבוהה וצריכת חשמל נמוכה.

6 הערות לסיום

עם הפיתוח המתמשך של הטכנולוגיה האלקטרונית, הכרחי להבין את התיאוריה של שלמות האות כדי להנחות ולאמת את התכנון של PCB מהירים. קצת ניסיון המסוכם במאמר זה יכול לעזור למעצבי מעגלים מהירים לקצר את מחזור הפיתוח, להימנע מעקיפות מיותרות ולחסוך בכוח אדם ובמשאבי חומר. על המעצבים להמשיך לחקור ולחקור בעבודה בפועל, להמשיך לצבור ניסיון ולשלב טכנולוגיות חדשות לתכנון לוחות מעגלים PCB מהירים עם ביצועים מצוינים.