1 klausimai

Didėjant projektavimo sudėtingumui ir elektroninių sistemų integracijai, laikrodžio greitis ir prietaisų kilimo laikas tampa vis greitesnis ir greitesnis. greitaeigė PCB 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.

Norint sukurti didelės spartos PCB plokštę, kuri galėtų patikimai veikti, dizainas turi būti visapusiškai ir kruopščiai apgalvotas, kad būtų išspręstos kai kurios nepatikimos problemos, kurios gali kilti maketavimo ir maršruto parinkimo metu, sutrumpinti produkto kūrimo ciklą ir pagerinti rinkos konkurencingumą.

Kaip naudoti PROTEL projektavimo įrankius didelės spartos PCB projektavimui

2 Aukšto dažnio sistemos išdėstymas

Grandinės PCB konstrukcijoje išdėstymas yra svarbi grandis. Išdėstymo rezultatas tiesiogiai paveiks laidų poveikį ir sistemos patikimumą, o tai yra daugiausiai laiko ir sunkiausia visame spausdintinės plokštės konstrukcijoje. Sudėtinga aukšto dažnio PCB aplinka apsunkina aukšto dažnio sistemos išdėstymo projektą, kad būtų galima panaudoti įgytas teorines žinias. Tam, kad projektavimo procese būtų išvengta aplinkkelių, projektuojantis asmuo turi turėti didelės spartos PCB gamybos patirties. Pagerinkite grandinės darbo patikimumą ir efektyvumą. Planuojant reikia visapusiškai atsižvelgti į mechaninę struktūrą, šilumos išsklaidymą, elektromagnetinius trukdžius, būsimų laidų patogumą ir estetiką.

Visų pirma, prieš išdėstymą, visa grandinė yra padalinta į funkcijas. Aukšto dažnio grandinė yra atskirta nuo žemo dažnio grandinės, o analoginė grandinė ir skaitmeninė grandinė yra atskirta. Kiekviena funkcinė grandinė yra kuo arčiau lusto centro. Venkite perdavimo delsos, kurią sukelia per ilgi laidai, ir pagerinkite kondensatorių atsiejimo efektą. Be to, atkreipkite dėmesį į santykines padėtis ir kryptis tarp kaiščių ir grandinės komponentų bei kitų vamzdžių, kad sumažintumėte jų tarpusavio įtaką. Visi aukšto dažnio komponentai turi būti toli nuo važiuoklės ir kitų metalinių plokščių, kad būtų sumažintas parazitinis sujungimas.

Antra, išdėstant reikia atkreipti dėmesį į šiluminį ir elektromagnetinį poveikį tarp komponentų. Šie poveikiai ypač rimti aukšto dažnio sistemoms, todėl reikia imtis priemonių, kad šiluma ir ekranas būtų atokiau nuo arba izoliuoti. Didelės galios lygintuvo vamzdyje ir reguliavimo vamzdyje turi būti radiatorius ir jie turi būti laikomi toliau nuo transformatoriaus. Karščiui atsparius komponentus, tokius kaip elektrolitiniai kondensatoriai, reikia laikyti atokiai nuo šildymo komponentų, kitaip elektrolitas išdžius, dėl to padidės atsparumas ir prastas veikimas, o tai turės įtakos grandinės stabilumui. Išplanavime turėtų būti palikta pakankamai vietos, kad būtų galima sutvarkyti apsauginę konstrukciją ir išvengti įvairių parazitinių jungčių. Norint išvengti elektromagnetinio sujungimo tarp spausdintinės plokštės ritių, dvi ritės turi būti dedamos stačiu kampu, kad sumažėtų sukabinimo koeficientas. Taip pat galima naudoti vertikalios plokštės izoliacijos metodą. Geriausia tiesiogiai naudoti prie grandinės lituojamo komponento laidą. Kuo trumpesnis laidas, tuo geriau. Nenaudokite jungčių ir litavimo ąselių, nes tarp gretimų litavimo ąselių yra paskirstyta talpa ir paskirstytas induktyvumas. Nedėkite didelio triukšmo komponentų aplink kristalų generatorių, RIN, analoginės įtampos ir atskaitos įtampos signalų pėdsakus.

Galiausiai, užtikrinant būdingą kokybę ir patikimumą, kartu atsižvelgiant į bendrą grožį, turėtų būti atliktas pagrįstas plokštės planavimas. Komponentai turi būti lygiagrečiai arba statmenai plokštės paviršiui ir lygiagrečiai arba statmenai pagrindinės plokštės kraštui. Komponentų pasiskirstymas ant plokštės paviršiaus turi būti kuo tolygesnis, o tankis turi būti vienodas. Tokiu būdu jis ne tik gražus, bet ir lengvai surenkamas bei suvirinamas, o masiškai gaminamas.

3 Wiring of high frequency system

Aukšto dažnio grandinėse negalima ignoruoti jungiamųjų laidų varžos, talpos, induktyvumo ir abipusio induktyvumo paskirstymo parametrų. Apsaugos nuo trukdžių požiūriu pagrįstas laidų sujungimas yra pabandyti sumažinti linijos varžą, paskirstytą talpą ir kintamą induktyvumą grandinėje. , Susidaręs klaidinantis magnetinis laukas sumažinamas iki minimumo, kad būtų slopinama paskirstyta talpa, nuotėkio magnetinis srautas, elektromagnetinis abipusis induktyvumas ir kiti trukdžiai, kuriuos sukelia triukšmas.

PROTEL projektavimo įrankiai Kinijoje buvo naudojami gana dažnai. Tačiau daugelis dizainerių orientuojasi tik į „plačiajuosčio ryšio spartą“, o PROTEL projektavimo įrankių patobulinimai, skirti prisitaikyti prie įrenginio charakteristikų pokyčių, projektuojant nebuvo panaudoti, o tai ne tik lemia, kad projektavimo įrankių išteklių švaistymas yra didesnis. rimta, todėl sunku pradėti naudoti daugelio naujų įrenginių puikų našumą.

Toliau pristatomos kai kurios specialios funkcijos, kurias gali suteikti PROTEL99 SE įrankis.

(1) Laidas tarp aukšto dažnio grandinės įtaiso kaiščių turi būti kuo mažiau sulenktas. Geriausia naudoti visą tiesią liniją. Kai reikia lenkti, galima naudoti 45° posūkius arba lankus, kurie gali sumažinti išorinį aukšto dažnio signalų sklidimą ir abipusius trukdžius. Sujungimas tarp. Kai maršrutizavimui naudojate PROTEL, „Dizainas“ meniu „taisyklės“ meniu „Routing Corners“ galite pasirinkti „45-Degrees“ arba „Rounded“. Taip pat galite naudoti „Shift“ + tarpo klavišus, kad greitai perjungtumėte eilutes.

(2) Kuo trumpesnis laidas tarp aukšto dažnio grandinės įrenginio kontaktų, tuo geriau.

PROTEL 99 Veiksmingiausias būdas pasiekti trumpiausius laidus – prieš automatinį laidų sujungimą susitarti dėl atskirų pagrindinių greitųjų tinklų. „Maršruto topologija“ meniu „Dizainas“ „taisyklėse“.

Pasirinkite trumpiausią.

(3) Švino sluoksnių kaitaliojimas tarp aukšto dažnio grandinės įrenginių kontaktų yra kuo mažesnis. Tai yra, kuo mažiau jungčių bus naudojama komponentų prijungimo procese, tuo geriau.

Vienas perėjimas gali atnešti apie 0.5 pF paskirstytos talpos, o sumažinus perėjimų skaičių galima žymiai padidinti greitį.

(4) Dėl aukšto dažnio grandinės laidų atkreipkite dėmesį į „kryžminius trukdžius“, kuriuos sukelia lygiagretus signalo linijos laidas, ty skersinį. Jei lygiagretus paskirstymas yra neišvengiamas, priešingoje lygiagrečios signalo linijos pusėje gali būti įrengtas didelis „žemės“ plotas.

Kad labai sumažintų trukdžius. Lygiagretus laidas tame pačiame sluoksnyje beveik neišvengiamas, tačiau dviejuose gretimuose sluoksniuose laidų kryptis turi būti statmena viena kitai. PROTEL tai padaryti nesunku, bet lengva nepastebėti. Skiltyje „RouTingLayers“, esančiame „Design“ meniu „taisyklės“, pasirinkite „Horizontal“, jei norite žaisti, ir „VerTIcal“ – „BottomLayer“. Be to, „Vietoje“ pateikiama „Daugiakampė plokštuma“

Daugiakampio tinklelio vario folijos paviršiaus funkcija, jei įdėsite daugiakampį kaip visos spausdintinės plokštės paviršių ir prijungsite šį varį prie grandinės GND, tai gali pagerinti aukšto dažnio atsparumą trukdžiams. didesnė šilumos išsklaidymo ir spausdinimo plokštės stiprumo nauda.

(5) Ypač svarbioms signalų linijoms arba vietiniams vienetams įgyvendinti įžeminimo laidų gaubto priemones. „Pažymėtų objektų kontūras“ pateikiamas „Įrankiuose“, o ši funkcija gali būti naudojama automatiškai „apvynioti žemę“ pasirinktoms svarbioms signalo linijoms (pvz., virpesių grandinėms LT ir X1).

(6) Paprastai grandinės maitinimo linija ir įžeminimo linija yra platesnės nei signalo linija. Norėdami klasifikuoti tinklą, kuris yra padalintas į maitinimo tinklą ir signalų tinklą, galite naudoti meniu „Dizainas“ esančią „Klasės“. Patogu nustatyti laidų sujungimo taisykles. Perjunkite maitinimo linijos ir signalo linijos linijos plotį.

(7) Įvairių tipų laidai negali sudaryti kilpos, o įžeminimo laidas negali sudaryti srovės kilpos. Jei sukuriama kilpos grandinė, tai sukels daug trukdžių sistemoje. Tam gali būti naudojamas grandininis laidų sujungimo metodas, kuris gali veiksmingai išvengti kilpų, šakų ar kelmų susidarymo laidų metu, tačiau taip pat iškils nelengvo laidų sujungimo problema.

(8) Pagal įvairių lustų duomenis ir dizainą įvertinkite maitinimo grandinės praleidžiamą srovę ir nustatykite reikiamą laido plotį. Pagal empirinę formulę: W (linijos plotis) ≥ L (mm/A) × I (A).

Pagal srovę stenkitės padidinti elektros linijos plotį ir sumažinti kilpos varžą. Tuo pačiu metu pasirūpinkite, kad elektros linijos ir žemės linijos kryptis atitiktų duomenų perdavimo kryptį, o tai padeda pagerinti atsparumą triukšmui. Jei reikia, prie maitinimo linijos ir įžeminimo linijos galima pridėti aukšto dažnio droselio įtaisą, pagamintą iš varinės vielos apvyniotos ferito, kad būtų užblokuotas aukšto dažnio triukšmo laidumas.

(9) To paties tinklo laidų plotis turėtų būti toks pat. Linijos pločio svyravimai sukels netolygią linijos charakteristinę varžą. Kai perdavimo greitis didelis, atsiras atspindys, kurio projektuojant reikėtų kiek įmanoma vengti. Tuo pačiu padidinkite lygiagrečių linijų linijos plotį. Kai linijos centro atstumas neviršija 3 kartų linijos pločio, 70% elektrinio lauko galima išlaikyti be abipusių trukdžių, o tai vadinama 3W principu. Tokiu būdu galima įveikti lygiagrečių linijų sukeltą paskirstytosios talpos ir paskirstytosios induktyvumo įtaką.

4 Maitinimo laido ir įžeminimo laido konstrukcija

Norint išspręsti įtampos kritimą, kurį sukelia aukšto dažnio grandinės įvestas maitinimo triukšmas ir linijos varža, reikia visapusiškai įvertinti maitinimo sistemos patikimumą aukšto dažnio grandinėje. Paprastai yra du sprendimai: vienas – laidams prijungti naudoti maitinimo magistralės technologiją; kitas – naudoti atskirą maitinimo sluoksnį. Palyginimui, pastarųjų gamybos procesas yra sudėtingesnis ir kaina yra brangesnė. Todėl tinklo tipo maitinimo magistralės technologija gali būti naudojama laidams prijungti, kad kiekvienas komponentas priklausytų kitai kilpai, o srovė kiekvienoje tinklo magistrale būtų subalansuota, sumažinant įtampos kritimą, kurį sukelia linijos varža.

Aukšto dažnio perdavimo galia yra gana didelė, galite naudoti didelį vario plotą ir netoliese rasti žemos varžos įžeminimo plokštę daugkartiniam įžeminimui. Kadangi įžeminimo laido induktyvumas yra proporcingas dažniui ir ilgiui, bendroji įžeminimo varža padidės, kai darbinis dažnis yra didelis, o tai padidins elektromagnetinius trukdžius, kuriuos sukuria bendra įžeminimo varža, todėl įžeminimo laido ilgis bus lygus. turi būti kuo trumpesnis. Pabandykite sumažinti signalo linijos ilgį ir padidinti įžeminimo kilpos plotą.

Ant lusto maitinimo ir įžeminimo nustatykite vieną ar kelis aukšto dažnio atjungimo kondensatorius, kad būtų sukurtas šalia esantis aukšto dažnio kanalas integruotos lusto pereinamajai srovei, kad srovė netekėtų per maitinimo liniją su didele kilpa. plote, taip smarkiai sumažinant triukšmą, sklindantį į išorę. Kaip atjungiamuosius kondensatorius rinkitės monolitinius keraminius kondensatorius su gerais aukšto dažnio signalais. Naudokite didelės talpos tantalo kondensatorius arba poliesterio kondensatorius vietoj elektrolitinių kondensatorių kaip energijos kaupimo kondensatorius grandinės įkrovimui. Kadangi paskirstytojo elektrolitinio kondensatoriaus induktyvumas yra didelis, jis negalioja aukštam dažniui. Kai naudojate elektrolitinius kondensatorius, naudokite juos poromis su geromis aukšto dažnio charakteristikomis pasižyminčiais atjungiamaisiais kondensatoriais.

5 Kiti greitųjų grandinių projektavimo būdai

Varžos suderinimas reiškia darbinę būseną, kai apkrovos varža ir vidinė žadinimo šaltinio varža yra pritaikytos viena kitai, kad būtų gauta didžiausia išėjimo galia. Didelės spartos PCB laidams, siekiant išvengti signalo atspindėjimo, grandinės varža turi būti 50 Ω. Tai apytikslis skaičius. Paprastai nustatoma, kad bendraašio kabelio bazinė juosta yra 50 Ω, dažnių juosta – 75 Ω, o susuktas laidas – 100 Ω. Tai tik sveikasis skaičius, kad būtų patogiau suderinti. Pagal konkrečią grandinės analizę priimamas lygiagretusis kintamosios srovės galas, o rezistorių ir kondensatorių tinklas naudojami kaip galinė varža. Galinė varža R turi būti mažesnė arba lygi perdavimo linijos varžai Z0, o talpa C turi būti didesnė nei 100 pF. Rekomenduojama naudoti 0.1UF daugiasluoksnius keraminius kondensatorius. Kondensatoriaus funkcija yra blokuoti žemą dažnį ir perduoti aukštą dažnį, todėl varža R nėra varomojo šaltinio nuolatinė apkrova, todėl šis nutraukimo būdas nenaudoja nuolatinės srovės.

Skersinis pokalbis reiškia nepageidaujamus įtampos triukšmo trukdžius, kuriuos sukelia elektromagnetinis sujungimas su gretimomis perdavimo linijomis, kai signalas sklinda perdavimo linija. Mova skirstoma į talpinę ir indukcinę jungtį. Dėl per didelio skersinio pokalbio grandinė gali suveikti klaidingai ir sistema gali normaliai neveikti. Atsižvelgiant į kai kurias skersinio pokalbio ypatybes, galima apibendrinti kelis pagrindinius šerdies mažinimo būdus:

(1) Padidinkite atstumą tarp eilučių, sumažinkite lygiagrečių ilgį ir, jei reikia, naudokite jungimo metodą.

(2) Kai didelės spartos signalo linijos atitinka sąlygas, užbaigimo suderinimas gali sumažinti arba panaikinti atspindžius ir taip sumažinti skersinį.

(3) Mikrojuostelių perdavimo linijų ir juostinių perdavimo linijų trasos aukščio apribojimas iki diapazono virš įžeminimo plokštumos gali žymiai sumažinti skersinį.

(4) Kai laidų erdvė leidžia, įkiškite įžeminimo laidą tarp dviejų laidų, turinčių rimtesnį skersinį pokalbį, o tai gali atlikti izoliaciją ir sumažinti skersinį perkalbėjimą.

Dėl to, kad tradicinėje PCB konstrukcijoje trūksta didelės spartos analizės ir modeliavimo nurodymų, signalo kokybė negali būti garantuota, o daugumos problemų nepavyks aptikti iki plokščių gamybos bandymo. Tai labai sumažina projektavimo efektyvumą ir padidina sąnaudas, o tai akivaizdžiai nepalanku esant nuožmiai konkurencijai rinkoje. Todėl didelės spartos PCB projektavimui pramonės žmonės pasiūlė naują dizaino idėją, kuri tapo „iš viršaus į apačią“ projektavimo metodu. Atlikus įvairią politikos analizę ir optimizavimą, daugumos galimų problemų pavyko išvengti ir sutaupyta nemažai. Laikas užtikrinti, kad būtų įvykdytas projekto biudžetas, pagamintos kokybiškos spausdintinės plokštės, išvengta varginančių ir brangiai kainuojančių bandymų klaidų.

Diferencialinių linijų naudojimas skaitmeniniams signalams perduoti yra veiksminga priemonė kontroliuoti veiksnius, kurie naikina signalo vientisumą didelės spartos skaitmeninėse grandinėse. Spausdintinėje plokštėje esanti diferencinė linija yra lygi diferencinės mikrobangų integruotos perdavimo linijos porai, veikiančiai kvazi-TEM režimu. Tarp jų diferencialinė linija, esanti PCB viršuje arba apačioje, yra lygiavertė sujungtai mikrojuostos linijai ir yra daugiasluoksnės PCB vidiniame sluoksnyje. Skaitmeninis signalas perduodamas diferencine linija nelyginio režimo perdavimo režimu, tai yra, fazių skirtumas tarp teigiamų ir neigiamų signalų yra 180 °, o triukšmas yra sujungtas per diferencialinių linijų porą bendru režimu. Grandinės įtampa arba srovė atimama, kad būtų galima gauti signalą, kad būtų pašalintas bendro režimo triukšmas. Diferencialinių linijų poros žemos įtampos amplitudė arba srovės pavaros išvestis atitinka didelės spartos integravimo ir mažo energijos suvartojimo reikalavimus.

6 baigiamosios pastabos

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.