עם עליית מהירות מיתוג פלט המעגל המשולב ו לוח PCB צפיפות, תמימות אותות הפכה לאחד הנושאים שיש לדאוג לעיצוב PCB דיגיטלי במהירות גבוהה. הפרמטרים של רכיבים ולוח PCB, פריסת הרכיבים על לוח PCB, חיווט של קו אות במהירות גבוהה וגורמים אחרים, יכול לגרום לבעיות בשלמות האות.

עבור פריסות PCB, שלמות האות דורשת פריסת לוח שאינה משפיעה על תזמון האות או המתח, ואילו עבור חיווט מעגלים, שלמות האות דורשת רכיבי סיום, אסטרטגיות פריסה ומידע חיווט. מהירות אות גבוהה ב-PCB, מיקום שגוי של רכיבי קצה או חיווט שגוי של אותות במהירות גבוהה עלולים לגרום לבעיות שלמות האות, שעלולות לגרום למערכת להוציא נתונים שגויים, למעגל לעבוד בצורה לא תקינה או לא לעבוד בכלל. איך לקחת בחשבון את שלמות האות ולנקוט באמצעי בקרה יעילים בעיצוב PCB הפך לנושא חם בתעשיית עיצוב ה- PCB.

בעיה תקינות האות תקינות אות טובה פירושה שהאות יכול להגיב עם ערכי העיתוי ורמת המתח הנכונים בעת הצורך. לעומת זאת, כאשר האות אינו מגיב כראוי, קיימת בעיית שלמות האות. בעיות תקינות האות יכולות להוביל או להוביל ישירות לעיוות אותות, טעויות תזמון, נתונים שגויים, קווי כתובת ובקרה, והפעלת המערכת, או אפילו קריסת מערכת. בתהליך של עיצוב PCB, אנשים צברו הרבה כללי עיצוב PCB. בעיצוב PCB, ניתן להשיג את תקינות האות של ה- PCB טוב יותר על ידי התייחסות קפדנית לכללי העיצוב הללו.

בעת עיצוב PCB, ראשית עלינו להבין את המידע העיצובי של כל המעגל, הכולל בעיקר:

1. מספר המכשירים, גודל המכשיר, חבילת המכשיר, קצב השבבים, האם PCB מחולק למהירות נמוכה, מהירות בינונית ואזור מהירות גבוהה, שהוא אזור הכניסה והפלט של הממשק;

2. דרישות הפריסה הכוללות, מיקום פריסת המכשיר, בין אם יש מכשיר בעל הספק גבוה, מכשיר שבב דרישות מיוחדות לפיזור חום;

3. סוג קו האות, מהירות וכיוון שידור, דרישות בקרת עכבה של קו האות, כיוון מהירות האוטובוס ומצב הנהיגה, אותות מפתח ואמצעי הגנה;

4. סוג ספק הכוח, סוג ההארקה, דרישות סובלנות רעשים לאספקת חשמל והארקה, הגדרה ופילוח של ספק כוח ומישור הארקה;

5. סוגי ותעריפים של קווי שעון, מקור וכיוון של קווי שעון, דרישות עיכוב שעון, דרישות הקו הארוך ביותר.

עיצוב שכבות PCB

לאחר הבנת המידע הבסיסי של המעגל, יש צורך לשקול את דרישות התכנון של עלות המעגל ושלמות האות, ולבחור מספר סביר של שכבות חיווט. נכון לעכשיו, לוח המעגלים התפתח בהדרגה משכבה אחת, שכבה כפולה וארבע שכבות ללוח מעגלים רב-שכבתי יותר. עיצוב PCB רב שכבתי יכול לשפר את משטח ההתייחסות של ניתוב האות ולספק נתיב זרימה אחורית לאות, שהוא המדד העיקרי להשגת תקינות אות טובה. בעת תכנון שכבות PCB, פעל לפי הכללים הבאים:

1. מישור הייחוס יהיה רצוי להיות מישור ההארקה. גם ספק הכוח וגם מישור ההארקה יכולים לשמש כמישור ייחוס, ולשניהם יש פונקציית מיגון מסוימת. עם זאת, השפעת המיגון של מישור אספקת הכוח נמוכה בהרבה מזו של מישור ההארקה בגלל העכבה האופיינית הגבוהה שלו והפרש הפוטנציאל הגדול יותר בין מישור אספקת הכוח לרמת ההארקה הייחוס.

2. מעגל דיגיטלי ומעגל אנלוגי הם שכבות. היכן שעלויות התכנון מאפשרות, עדיף לארגן מעגלים דיגיטליים ואנלוגיים על שכבות נפרדות. אם חייב לרצות לסדר באותה שכבת חיווט, יכול להשתמש בתעלה, להוסיף קו הארקה, השיטה כגון קו הפרדה כדי לתקן. יש להפריד בין חשמל אנלוגי ודיגיטלי לבין הארקה, לעולם לא לערבב.

3. ניתוב אות המפתח של שכבות סמוכות אינו חוצה את אזור הפילוח. אותות יהוו לולאת אות גדולה ברחבי האזור וייצרו קרינה חזקה. אם כבל האות חייב לחצות את האזור כאשר כבל ההארקה מחולק, ניתן לחבר נקודה בודדת בין הקרקע ליצירת גשר חיבור בין שתי נקודות ההארקה, ולאחר מכן ניתן לנתב את הכבל דרך גשר החיבור.

4. מתחת למשטח הרכיב צריך להיות מישור הארקה שלם יחסית. יש לשמור על תקינות המטוס הקרקע ככל האפשר עבור הלוח הרב שכבתי. בדרך כלל אין רשות לקווי אות לרוץ במישור ההארקה.

5, תדר גבוה, מהירות גבוהה, שעון וקווי אותות מפתח אחרים צריכים להיות עם מישור הארקה סמוך. בדרך זו, המרחק בין קו האות לקו הארקה הוא רק המרחק בין שכבות PCB, כך שהזרם בפועל זורם תמיד בקו ההארקה ישירות מתחת לקו האות, ויוצר את שטח לולאת האות הקטן ביותר ומפחית את הקרינה.

כיצד לעצב את אות שלמות PCB

עיצוב פריסת PCB

המפתח של עיצוב שלמות האות של לוח מודפס הוא פריסה וחיווט, הקשורים ישירות לביצועים של PCB. לפני הפריסה, יש לקבוע את גודל ה-PCB כדי לעמוד בפונקציה בעלות הנמוכה ביותר האפשרית. אם ה-PCB גדול ומפוזר מדי, קו ההולכה עשוי להיות ארוך מאוד, וכתוצאה מכך עכבה מוגברת, התנגדות לרעש מופחתת ועלות מוגברת. אם הרכיבים ממוקמים יחד, פיזור החום גרוע, ויכולת להתרחש הצלבה של צימוד בחיווט סמוך. לכן, הפריסה חייבת להתבסס על היחידות הפונקציונליות של המעגל, תוך התחשבות בתאימות אלקטרומגנטית, פיזור חום וגורמי ממשק.

בעת פריסת לוח עם אותות דיגיטליים ואנלוגיים מעורבים, אין לערבב אותות דיגיטליים ואנלוגיים. אם יש לערבב אותות אנלוגיים ודיגיטליים, הקפידו על קו אנכי כדי להפחית את ההשפעה של צימוד צולב. יש להפריד את המעגל הדיגיטלי, המעגל האנלוגי ומעגל יצירת הרעש בלוח המעגלים, ולנתב תחילה את המעגל הרגיש, ולבטל את נתיב הצימוד בין המעגלים. בפרט, שקול את השעון, איפוס והפרעות קווים, אל תקביל קווים אלה לקווי המתג הנוכחי גבוה, אחרת ניזוק בקלות מאותות צימוד אלקטרומגנטיים וגורם לאיפוס או הפרעה בלתי צפויים. הפריסה הכוללת צריכה לפעול לפי העקרונות הבאים:

1. פריסת מחיצה פונקציונלית, מעגל אנלוגי ומעגל דיגיטלי על PCB צריכים להיות בעלי פריסה מרחבית שונה.

2. על פי תהליך אות המעגל לארגן את יחידות המעגל הפונקציונליות, כך שזרימת האות לשמור על אותו כיוון.

3. קח את מרכיבי הליבה של כל יחידת מעגל פונקציונלית כמרכז, ורכיבים אחרים מסודרים סביבו.

4. קיצר ככל שניתן את החיבור בין רכיבים בתדר גבוה ונסה לצמצם את פרמטרי ההפצה שלהם.

5. רכיבים שהופרעו בקלות לא צריכים להיות קרובים מדי זה לזה, רכיבי קלט ופלט צריכים להיות רחוקים.

כיצד לעצב את אות שלמות PCB

עיצוב חיווט PCB

יש לסווג את כל קווי האות לפני חיווט PCB. קודם כל, קו שעון, קו אות רגיש ולאחר מכן קו אות במהירות גבוהה, על מנת להבטיח שאות מסוג זה דרך החור מספיק, פרמטרי הפצה של מאפיינים טובים, ולאחר מכן קו אות כללי לא חשוב.

קווי איתות לא תואמים צריכים להיות רחוקים זה מזה ואינם מקבילים חיווט, כגון דיגיטלי ואנלוגי, מהירות גבוהה ומהירות נמוכה, זרם גבוה וזרם קטן, מתח גבוה ומתח נמוך. כבלי אות בשכבות שונות צריכים להיות מנותבים אנכית זה לזה כדי להפחית את ההצלבה. סידור קווי האות מסודר בצורה הטובה ביותר בהתאם לכיוון הזרימה של האות. אין לשחזר את קו אות המוצא של מעגל לאזור קו אות הכניסה. יש לשמור על קווי אות במהירות גבוהה ככל האפשר כדי להימנע מהפרעה לקווי אות אחרים. בפאנל הכפול, במידת הצורך, ניתן להוסיף את חוט ההארקה המבודד משני הצדדים של קו האות המהיר. כל קווי השעון המהירים בלוח הרב-שכבתי צריכים להיות מסוככים בהתאם לאורך קווי השעון.

העקרונות הכלליים לחיווט הם:

1. עד כמה שניתן לבחור עיצוב חיווט בצפיפות נמוכה, וחיווט אות ככל האפשר בעובי עקבי, תורם להתאמת עכבה. עבור מעגל rf, העיצוב הלא סביר של כיוון קו האות, רוחב ומרווח בין שורות עלול לגרום להפרעות צולבות בין קווי שידור האות.

2. עד כמה שניתן להימנע מחוטי כניסה ופלט סמוכים וחיווט מקביל למרחקים ארוכים. כדי לצמצם דיבור בין קווי האות המקבילים, ניתן להגדיל את המרווח בין קווי האות, או להכניס חגורות בידוד בין קווי האות.

3. רוחב הקו ב-PCB יהיה אחיד ולא תתרחש מוטציה ברוחב הקו. עיקול חיווט PCB לא צריך להשתמש בפינה של 90 מעלות, צריך להשתמש בקשת או בזווית של 135 מעלות, עד כמה שניתן כדי לשמור על המשכיות עכבת הקו.

4. הקטינו את שטח הלולאה הנוכחית. עוצמת הקרינה החיצונית של המעגל נושא הזרם היא פרופורציונלית לזרם העובר דרכו, לשטח הלולאה ולריבוע תדר האות. צמצום שטח הלולאה הנוכחי יכול להפחית את ההפרעה האלקטרומגנטית של PCB.

5. ככל שניתן להקטין את אורך החוט, להגדיל את רוחב החוט, תורם להפחתת עכבת החוט.

6. עבור אותות בקרת מתגים, יש להפחית ככל האפשר את מספר חיווטי SIGNAL PCB שמשנים את המצב בו-זמנית.