1 сұрақтар

With the large-scale increase in the design complexity and integration of electronic systems, clock speeds and device rise times are getting faster and faster, and жоғары жылдамдықты ПХД design has become an important part of the design process. In high-speed circuit design, the inductance and capacitance on the circuit board line make the wire equivalent to a transmission line. Incorrect layout of termination components or incorrect wiring of high-speed signals can cause transmission line effect problems, resulting in incorrect data output from the system, abnormal circuit operation or even no operation at all. Based on the transmission line model, to sum up, the transmission line will bring adverse effects such as signal reflection, crosstalk, electromagnetic interference, power supply and ground noise to the circuit design.

Сенімді жұмыс істей алатын жоғары жылдамдықты ПХД схемасын жобалау үшін макет және маршруттау кезінде туындауы мүмкін кейбір сенімсіз мәселелерді шешу, өнімді әзірлеу циклін қысқарту және нарықтың бәсекеге қабілеттілігін арттыру үшін дизайн толығымен және мұқият қарастырылуы керек.

Жоғары жылдамдықты ПХД дизайны үшін PROTEL дизайн құралдарын қалай пайдалануға болады

2 Жоғары жиілікті жүйенің макетінің дизайны

Схеманың ПХД дизайнында орналасу маңызды сілтеме болып табылады. Орналасудың нәтижесі сым әсеріне және жүйенің сенімділігіне тікелей әсер етеді, бұл бүкіл баспа платасының дизайнында ең көп уақытты қажет ететін және қиын. Жоғары жиілікті ПХД-ның күрделі ортасы жоғары жиілікті жүйенің макет дизайнын меңгерілген теориялық білімді пайдалануды қиындатады. Ол жобалау процесінде айналма жолдарды болдырмас үшін орналасатын адамнан жоғары жылдамдықты ПХД өндірісінде бай тәжірибесі болуы керек. Схема жұмысының сенімділігі мен тиімділігін арттыру. Орналасу процесінде механикалық құрылымға, жылуды бөлуге, электромагниттік кедергілерге, болашақ сымдардың ыңғайлылығына және эстетикасына жан-жақты назар аудару керек.

First of all, before layout, the entire circuit is divided into functions. The high-frequency circuit is separated from the low-frequency circuit, and the analog circuit and the digital circuit are separated. Each functional circuit is placed as close as possible to the center of the chip. Avoid transmission delay caused by excessively long wires, and improve the decoupling effect of capacitors. In addition, pay attention to the relative positions and directions between the pins and circuit components and other tubes to reduce their mutual influence. All high-frequency components should be far away from the chassis and other metal plates to reduce parasitic coupling.

Екіншіден, орналасу кезінде компоненттер арасындағы жылу және электромагниттік әсерлерге назар аудару керек. Бұл әсерлер, әсіресе, жоғары жиілікті жүйелер үшін өте маңызды, сондықтан олардан аулақ болу немесе оқшаулау, жылу мен қорғаныс шараларын қолдану қажет. Жоғары қуатты түзеткіш түтік және реттеу түтігі радиатормен жабдықталуы және трансформатордан алыс болуы керек. Электролиттік конденсаторлар сияқты ыстыққа төзімді компоненттерді қыздыру құрамдастарынан алыс ұстау керек, әйтпесе электролит кеуіп қалады, нәтижесінде қарсылық артады және өнімділігі нашар болады, бұл тізбектің тұрақтылығына әсер етеді. Қорғаныс құрылымын реттеу және әртүрлі паразиттік муфталарды енгізуді болдырмау үшін орналасуда жеткілікті орын қалдыру керек. Баспа платасындағы катушкалар арасындағы электромагниттік байланыстың алдын алу үшін қосылыс коэффициентін азайту үшін екі орамды тік бұрышқа қою керек. Тік пластинаны оқшаулау әдісін де қолдануға болады. Тізбекке дәнекерленетін компоненттің сымын тікелей қолданған дұрыс. Жетек неғұрлым қысқа болса, соғұрлым жақсы. Қосқыштар мен дәнекерлеу құлақшаларын пайдаланбаңыз, себебі көршілес дәнекерлеу құлақшалары арасында бөлінген сыйымдылық пен бөлінген индуктивтілік бар. Кристалды осциллятордың, RIN, аналогтық кернеу және эталондық кернеу сигнал іздерінің айналасына шуы жоғары компоненттерді қоймаңыз.

Ақырында, тән сапа мен сенімділікті қамтамасыз ете отырып, жалпы сұлулықты ескере отырып, схемалық платаларды ақылға қонымды жоспарлау қажет. Құрамдас бөліктер тақта бетіне параллель немесе перпендикуляр, ал негізгі тақтаның шетіне параллель немесе перпендикуляр болуы керек. Тақта бетіндегі компоненттердің таралуы мүмкіндігінше біркелкі болуы керек және тығыздық біркелкі болуы керек. Осылайша, ол әдемі ғана емес, сонымен қатар құрастыру және дәнекерлеу оңай және жаппай өндіруге оңай.

3 Wiring of high frequency system

Жоғары жиілікті тізбектерде қосылатын сымдардың кедергісі, сыйымдылығы, индуктивтілігі және өзара индуктивтілігінің таралу параметрлерін елемеуге болмайды. Кедергіге қарсы көзқарас тұрғысынан ақылға қонымды сымдар тізбектегі желі кедергісін, бөлінген сыйымдылықты және адасқан индуктивтілікті азайтуға тырысады. , Алынған адасып жатқан магнит өрісі ең төменгі деңгейге дейін азаяды, осылайша бөлінген сыйымдылық, ағып кету магнит ағыны, электромагниттік өзара индуктивтілік және шудан туындаған басқа кедергілер басылады.

Қытайда PROTEL дизайн құралдарын қолдану өте кең таралған. Дегенмен, көптеген дизайнерлер тек «кең жолақты жылдамдыққа» назар аударады, ал PROTEL дизайн құралдарының құрылғы сипаттамаларының өзгеруіне бейімделу үшін жасаған жақсартулары дизайнда пайдаланылмаған, бұл дизайн құралдарының ресурстарын ысырап етіп қана қоймайды. маңызды, бұл көптеген жаңа құрылғылардың тамаша өнімділігін іске қосуды қиындатады.

Төменде PROTEL99 SE құралы қамтамасыз ете алатын кейбір арнайы функциялар берілген.

(1) Жоғары жиілікті тізбек құрылғысының түйреуіштері арасындағы сым мүмкіндігінше аз бүгілуі керек. Толық түзу сызықты қолданған дұрыс. Иілу қажет болғанда, жоғары жиілікті сигналдардың сыртқы эмиссиясын және өзара кедергілерді азайтуға болатын 45° иілу немесе доғаларды пайдалануға болады. арасындағы байланыс. Маршруттау үшін PROTEL пайдаланған кезде «Дизайн» мәзірінің «ережелер» мәзіріндегі «Бағыттау бұрыштары» тармағында 45 градус немесе дөңгелектеуді таңдауға болады. Жолдар арасында жылдам ауысу үшін shift + бос орын пернелерін де пайдалануға болады.

(2) Жоғары жиілікті тізбек құрылғысының түйреуіштері арасындағы сым неғұрлым қысқа болса, соғұрлым жақсы.

PROTEL 99 Ең қысқа сымды қамтамасыз етудің ең тиімді жолы – автоматты сымдарды қосу алдында жеке негізгі жоғары жылдамдықты желілер үшін сымдарды тағайындау. «Дизайн» мәзіріндегі «ережелерде» «Бағдарлау топологиясы».

Select shortest.

(3) Alternation of lead layers between pins of high-frequency circuit devices is as small as possible. That is, the fewer vias used in the component connection process, the better.

One via can bring about 0.5pF of distributed capacitance, and reducing the number of vias can significantly increase the speed.

(4) Жоғары жиілікті тізбекті сымдар үшін сигнал сызығының параллель сымдары арқылы енгізілген «айқаспалы кедергілерге», яғни айқаспаға назар аударыңыз. Егер параллель бөлуді болдырмау мүмкін болмаса, параллель сигнал сызығының қарама-қарсы жағында «жердің» үлкен аймағын орналастыруға болады.

Кедергіні айтарлықтай азайту үшін. Бір қабаттағы параллель сымдар дерлік сөзсіз, бірақ екі іргелес қабатта сымның бағыты бір-біріне перпендикуляр болуы керек. PROTEL-де мұны істеу қиын емес, бірақ оны елемеу оңай. «Дизайн» мәзіріндегі «ережелер» ішіндегі «RuTIingLayers» ішінен Toplayer үшін Көлденеңді және BottomLayer үшін VerTIcal таңдаңыз. Сонымен қатар, «орнында» «көпбұрышты жазықтық» қарастырылған.

Көпбұрышты тордың мыс фольга бетінің функциясы, егер сіз көпбұрышты бүкіл баспа платасының беті ретінде орналастырсаңыз және бұл мысты схеманың GND-іне қоссаңыз, ол жоғары жиілікті кедергіге қарсы қабілетті жақсарта алады. жылуды тарату және басып шығару тақтасының беріктігі үшін үлкен артықшылықтар.

(5) Ерекше маңызды сигнал желілері немесе жергілікті блоктар үшін жерге сымды қоршау шараларын орындаңыз. «Таңдалған нысандардың контуры» «Құралдар» бөлімінде берілген және бұл функция таңдалған маңызды сигнал желілерін (мысалы, LT және X1 тербеліс тізбегі сияқты) «жерді орау» үшін пайдаланылуы мүмкін.

(6) Әдетте, тізбектің электр желісі мен жерге қосу желісі сигнал желісінен кеңірек. «Дизайн» мәзіріндегі «Класстарды» пайдалануға болады, ол электр желісі және сигналдық желі болып бөлінеді. Сымдарды қосу ережелерін орнату ыңғайлы. Электр желісі мен сигнал желісінің желі енін ауыстырыңыз.

(7) Сымдардың әртүрлі түрлері контурды құра алмайды, ал жерге сым ток контурын құра алмайды. Егер цикл тізбегі құрылса, ол жүйеде көп кедергі тудырады. Бұл үшін тізбекті сымды қосу әдісін қолдануға болады, ол сымдарды қосу кезінде ілмектердің, бұтақтардың немесе діңгектердің пайда болуын тиімді болдырмайды, бірақ бұл оңай емес сым мәселесін де тудырады.

(8) Әртүрлі микросхемалардың деректері мен дизайнына сәйкес қуат беру тізбегінен өтетін токты бағалаңыз және қажетті сым енін анықтаңыз. Эмпирикалық формула бойынша: W (сызық ені) ≥ L (мм/А) × I (A).

Ағымға сәйкес, электр желісінің енін ұлғайтуға және контурдың кедергісін азайтуға тырысыңыз. Сонымен қатар, электр желісінің және жер желісінің бағытын деректерді беру бағытымен сәйкестендіріңіз, бұл шуға қарсы қабілетті арттыруға көмектеседі. Қажет болған жағдайда жоғары жиілікті шуды өткізуді блоктау үшін электр желісіне және жерге қосу желісіне мыс сымды ферриттен жасалған жоғары жиілікті дроссель құрылғысын қосуға болады.

(9) Бір желінің сымдарының ені бірдей сақталуы керек. Сызықтың еніндегі ауытқулар сызықтың біркелкі емес сипаттамалық кедергісін тудырады. Тасымалдау жылдамдығы жоғары болғанда, дизайнда мүмкіндігінше аулақ болу керек шағылысу пайда болады. Сонымен қатар параллель сызықтардың сызық енін көбейтіңіз. Сызықтың ортасының қашықтығы желі енінен 3 есе аспағанда, электр өрісінің 70% өзара кедергісіз сақталуы мүмкін, бұл 3 Вт принципі деп аталады. Осылайша параллель сызықтар тудыратын бөлінген сыйымдылық пен бөлінген индуктивтіліктің әсерін жеңуге болады.

4 Қуат сымының және жерге қосу сымының конструкциясы

Жоғары жиілікті тізбегімен енгізілген қоректендіру көзінің шуынан және желі кедергісінен туындаған кернеудің төмендеуін шешу үшін жоғары жиілікті тізбектегі электрмен жабдықтау жүйесінің сенімділігі толығымен қарастырылуы керек. Негізінен екі шешім бар: бірі сымдар үшін қуат шинасы технологиясын пайдалану; екіншісі – бөлек қуат көзі қабатын пайдалану. Салыстырмалы түрде алғанда, соңғысының өндіріс процесі күрделірек және құны қымбатырақ. Сондықтан желілік түрдегі қуат шинасы технологиясын сымдарды қосу үшін пайдалануға болады, осылайша әрбір құрамдас басқа контурға жатады және желідегі әрбір шинадағы ток тепе-теңдікке ұмтылады, бұл желі кедергісінен туындаған кернеудің төмендеуін азайтады.

Жоғары жиілікті беріліс қуаты салыстырмалы түрде үлкен, сіз мыстың үлкен аймағын пайдалана аласыз және бірнеше жерге қосу үшін жақын жерде төмен қарсылықтағы жер ұшағын таба аласыз. Жерге қосу сымының индуктивтілігі жиілік пен ұзындыққа пропорционал болғандықтан, жұмыс жиілігі жоғары болған кезде жалпы жерге тұйықталу кедергісі артады, бұл жалпы жерге тұйықталу кедергісі тудыратын электромагниттік кедергіні арттырады, сондықтан жерге қосу сымының ұзындығы мүмкіндігінше қысқа болуы қажет. Сигнал сызығының ұзындығын қысқартуға және жерге қосу контурының ауданын ұлғайтуға тырысыңыз.

Бір немесе бірнеше жоғары жиілікті ажыратқыш конденсаторларды микросхеманың қуатына және жеріне орнатыңыз, бұл интегралды чиптің өтпелі тогы үшін жақын жерде жоғары жиілікті арнаны қамтамасыз етеді, осылайша ток үлкен контуры бар қуат беру желісі арқылы өтпеуі керек. аумақты азайтады, осылайша сыртқа шығатын шуды айтарлықтай азайтады. Ажырататын конденсаторлар ретінде жақсы жоғары жиілікті сигналдары бар монолитті керамикалық конденсаторларды таңдаңыз. Электр тізбегін зарядтау үшін энергия сақтау конденсаторлары ретінде электролиттік конденсаторлардың орнына үлкен сыйымдылықты тантал конденсаторларын немесе полиэфирлі конденсаторларды пайдаланыңыз. Электролиттік конденсатордың бөлінген индуктивтілігі үлкен болғандықтан, ол жоғары жиілік үшін жарамсыз. Электролиттік конденсаторларды пайдаланған кезде оларды жақсы жоғары жиілікті сипаттамалары бар ажырату конденсаторлары бар жұпта пайдаланыңыз.

5 Басқа жоғары жылдамдықты тізбектерді жобалау әдістері

Кедергінің сәйкестігі деп жүктеме кедергісі мен қоздыру көзінің ішкі кедергісі максималды қуатты алу үшін бір-біріне бейімделген жұмыс күйін айтады. Жоғары жылдамдықты ПХД сымдары үшін сигналдың шағылысуын болдырмау үшін тізбектің кедергісі 50 Ом болуы керек. Бұл шамамен алынған көрсеткіш. Жалпы алғанда, коаксиалды кабельдің негізгі жолағы 50 Ом, жиілік диапазоны 75 Ом, бұралған сым 100 Ом болады деп белгіленген. Сәйкестендіруге ыңғайлы болу үшін бұл жай бүтін сан. Арнайы тізбекті талдауға сәйкес айнымалы токтың параллель аяқталуы қабылданады, ал резистор мен конденсатор желісі тоқтату кедергісі ретінде пайдаланылады. Аяқтау кедергісі R электр беру желісінің кедергісі Z0 кем немесе оған тең болуы керек, ал сыйымдылығы C 100 пФ жоғары болуы керек. 0.1 UF көп қабатты керамикалық конденсаторларды пайдалану ұсынылады. Конденсатор төмен жиілікті блоктау және жоғары жиілікті өту функциясына ие, сондықтан R кедергісі қозғаушы көздің тұрақты жүктемесі емес, сондықтан бұл тоқтату әдісі тұрақты ток қуатын тұтынуға ие емес.

Crossstalk сигнал беру желісінде таралатын кезде көршілес тарату желілеріне электромагниттік қосылу нәтижесінде туындайтын жағымсыз кернеу шуының кедергісін білдіреді. Ілініс сыйымдылық және индуктивті ілінісу болып бөлінеді. Шамадан тыс қиылысу тізбектің жалған іске қосылуын тудыруы және жүйенің қалыпты жұмыс істемеуін тудыруы мүмкін. Қарсыласудың кейбір сипаттамаларына сәйкес, айқас сөйлесуді азайтудың бірнеше негізгі әдістерін қорытындылауға болады:

(1) Жол аралығын арттырыңыз, параллель ұзындықты азайтыңыз және қажет болса, сымдар үшін жүгіру әдісін пайдаланыңыз.

(2) Жоғары жылдамдықты сигнал желілері шарттарға сай болғанда, аяқтау сәйкестігін қосу шағылысуларды азайтуы немесе жоюы мүмкін, осылайша айқаспалы сөйлесуді азайтады.

(3) Микрожолақты тарату желілері мен жолақты тарату желілері үшін жолдың биіктігін жер бетіндегі жазықтықтағы диапазонға шектеу айқаспалы сөйлесуді айтарлықтай азайтуы мүмкін.

(4) Сымдар кеңістігі рұқсат етсе, оқшаулауда рөл атқаратын және айқаспалы сөйлесуді азайтатын екі сымның арасына жерге қосу сымын салыңыз.

Дәстүрлі ПХД дизайнында жоғары жылдамдықты талдау және модельдеу нұсқауларының болмауына байланысты сигнал сапасына кепілдік беру мүмкін емес және проблемалардың көпшілігін пластина жасау сынағына дейін анықтау мүмкін емес. Бұл дизайн тиімділігін айтарлықтай төмендетеді және шығындарды арттырады, бұл қатал нарықтық бәсекелестікте қолайсыз болып табылады. Сондықтан, жоғары жылдамдықты ПХД дизайны үшін саладағы адамдар «жоғарыдан төмен» дизайн әдісіне айналған жаңа дизайн идеясын ұсынды. Әртүрлі саясатты талдау мен оңтайландырудан кейін мүмкін болатын мәселелердің көпшілігі болдырылды және көп үнемдеуге қол жеткізілді. Жоба бюджетінің орындалуына, жоғары сапалы баспа тақталарының шығарылуына және жалықтыратын және қымбат сынақ қателеріне жол бермеуге уақыт.

Цифрлық сигналдарды беру үшін дифференциалды желілерді пайдалану жоғары жылдамдықты цифрлық тізбектерде сигнал тұтастығын бұзатын факторларды басқарудың тиімді шарасы болып табылады. Баспа платасындағы дифференциалдық сызық квази-TEM режимінде жұмыс істейтін дифференциалды микротолқынды біріктірілген тарату желісі жұбына тең. Олардың ішінде ПХД үстіңгі немесе астыңғы жағындағы дифференциалдық сызық біріктірілген микрожолақ сызығына баламалы және көпқабатты ПХД ішкі қабатында орналасқан Дифференциалдық сызық кең жақты біріктірілген жолақ сызығына тең. Цифрлық сигнал дифференциалдық желіде тақ режимді беру режимінде беріледі, яғни оң және теріс сигналдар арасындағы фазалар айырымы 180°, ал шу жалпы режимдегі жұп дифференциалдық сызықтарда біріктіріледі. Тізбектің кернеуі немесе тогы алынып тасталады, осылайша сигналды жалпы режимдегі шуды жою үшін алуға болады. Дифференциалды желілік жұптың төмен вольтты амплитудасы немесе ток жетек шығысы жоғары жылдамдықты біріктіру және төмен қуат тұтыну талаптарын орындайды.

6 қорытынды сөз

With the continuous development of electronic technology, it is imperative to understand the theory of signal integrity to guide and verify the design of high-speed PCBs. Some experience summarized in this article can help high-speed circuit PCB designers shorten the development cycle, avoid unnecessary detours, and save manpower and material resources. Designers must continue to research and explore in actual work, continue to accumulate experience, and combine new technologies to design high-speed PCB circuit boards with excellent performance.