PCB עיצוב שיטת ניתוב אותות קלט אנלוגי במהירות גבוהה

ככל שרוחב הקו רחב יותר, יכולת האנטי-הפרעות חזקה יותר ואיכות האות טובה יותר (השפעת אפקט העור). אך יחד עם זאת, יש להבטיח את הדרישה של עכבה אופיינית של 50Ω. לוח FR4 רגיל, עכבת קו פני השטח 6MIL היא 50Ω. זה כמובן לא יכול לעמוד בדרישות איכות האות של קלט אנלוגי במהירות גבוהה, אז אנחנו בדרך כלל משתמשים בהחללה ב-GND02 ונותנים לו להתייחס לשכבת ART03. בדרך זו, ניתן לספור את האות ההפרש כ-12/10, ואת הקו הבודד ניתן לספור כ-18MIL. (שים לב שרוחב הקו עולה על 18MIL ואז הרחבה היא חסרת משמעות)

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

ה-CLINE המודגש בירוק באיור מתייחס לקלט האנלוגי המהיר והדיפרנציאלי של שכבת ART03. תוך כדי כך, יש לטפל בכמה פרטים:

(1) יש לארוז את חלק הסימולציה של שכבת ה-TOP, כפי שמוצג באיור למעלה. יש לציין שהמרחק מהנחושת הקרקעית לכניסה האנלוגית CLINE צריך להיות 3W, כלומר, ה-AIRGAP מקצה הנחושת ל-CLINE הוא פי שניים מרוחב הקו. על פי כמה חישובים תיאורטיים וסימולציות אלקטרומגנטיות, השדה המגנטי והשדה החשמלי של קווי האות על ה-PCB מופצים בעיקר בטווח של 3W. (הפרעת הרעש מהאותות הסובבים קטנה או שווה ל-1%).

(2) נחושת GND של השכבה החיובית של האזור האנלוגי צריכה להיות גם מבודדת מהאזור הדיגיטלי שמסביב, כלומר, כל השכבות מבודדות.

(3) עבור חלול של GND02, אנחנו בדרך כלל מחללים את כל השטח הזה, כך שהפעולה פשוטה יחסית ואין בעיה. אבל בהתחשב בפרטים או כדי לעשות טוב יותר, אנחנו יכולים רק לחלל את חלק חיווט הקלט האנלוגי, כמובן, זהה לשכבת ה-TOP, אזור ה-3W. זה יכול להבטיח את איכות האות ואת השטיחות של הלוח. תוצאת העיבוד היא כדלקמן:

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

בדרך זו, ניתן להזרים במהירות את נתיב ההחזרה של אות הכניסה האנלוגי המהיר בשכבת GND02. כלומר, מסלול ההחזרה הקרקעי המדומה הולך ומתקצר.

(4) נקבו באופן לא סדיר מספר רב של חיבורי GND סביב האות האנלוגי המהיר כדי לגרום לאות האנלוגי לזרום בחזרה במהירות. זה גם יכול לספוג רעש.

כללים לניתוב אותות קלט אנלוגי במהירות גבוהה בתכנון PCB

כלל 1: כללי סיכוך ניתוב אותות PCB במהירות גבוהה בתכנון PCB מהיר, הניתוב של קווי אות מרכזיים במהירות גבוהה כגון שעונים צריך להיות מסוכך. אם אין מגן או רק חלק ממנו, זה יגרום לדליפת EMI. מומלץ שהחוט הממוגן יהיה מוארק עם חור לכל 1000 מיל.

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

כלל 2: כללי ניתוב אות במהירות גבוהה בלולאה סגורה

בשל הצפיפות ההולכת וגוברת של לוחות PCB, מהנדסי PCB LAYOUT רבים נוטים לטעות בתהליך הניתוב, כלומר, רשתות אותות מהירות כגון אותות שעון, אשר מייצרות תוצאות בלולאה סגורה בעת ניתוב PCBs רב-שכבתיים. כתוצאה מלולאה סגורה כזו, תופק אנטנת לולאה, שתגביר את עוצמת הקרינה של EMI.

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

כלל 3: כללי ניתוב אותות במהירות גבוהה בלולאה פתוחה

כלל 2 מזכיר שהלולאה הסגורה של אותות במהירות גבוהה תגרום לקרינת EMI, אך הלולאה הפתוחה תגרום גם לקרינת EMI.

רשתות אותות מהירות כגון אותות שעון, ברגע שמתרחשת תוצאה של לולאה פתוחה כאשר ה-PCB הרב-שכבתי מנותב, תופק אנטנה ליניארית, מה שמגביר את עוצמת קרינת ה-EMI.

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

כלל 4: כלל המשכיות עכבה אופייני של אות במהירות גבוהה

עבור אותות במהירות גבוהה, העכבה האופיינית חייבת להיות המשכיות בעת מעבר בין שכבות, אחרת היא תגביר את קרינת ה-EMI. במילים אחרות, רוחב החיווט של אותה שכבה חייב להיות רציף, והעכבה של החיווט של שכבות שונות חייבת להיות רציפה.

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

כלל 5: כללי כיוון חיווט עבור עיצוב PCB במהירות גבוהה

החיווט בין שתי שכבות סמוכות חייב לפעול לפי העיקרון של חיווט אנכי, אחרת הוא יגרום לדיבור בין הקווים ולהגברת קרינת EMI.

בקיצור, שכבות החיווט הסמוכות עוקבות אחר כיווני החיווט האופקיים והאנכיים, והחיווט האנכי יכול לדכא את ההצלבה בין הקווים.

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

כלל 6: כללי מבנה טופולוגי בתכנון PCB מהיר

בתכנון PCB מהיר, השליטה בעכבה האופיינית של לוח המעגלים ותכנון המבנה הטופולוגי בתנאי ריבוי עומסים קובעים ישירות את ההצלחה או הכישלון של המוצר.

האיור מציג טופולוגיה של שרשרת דייזי, שבדרך כלל מועילה בשימוש בכמה מגה-הרץ. מומלץ להשתמש במבנה סימטרי בצורת כוכב בחלק האחורי בעיצוב PCB במהירות גבוהה.

עיצוב PCB במהירות גבוהה לניתוב אותות קלט אנלוגי שיטת וכללים

כלל 7: כלל תהודה של אורך עקבות

בדקו האם אורך קו האות ותדירות האות מהווים תהודה, כלומר כאשר אורך החיווט הוא כפולה שלמה של אורך גל האות 1/4, החיווט יהדהד, והתהודה תקרין גלים אלקטרומגנטיים. ולגרום להפרעה.