Šobrīd augstfrekvences un ātrgaitas PCB dizains ir kļuvis par galveno, un katram PCB izkārtojuma inženierim ir jābūt kvalificētam. Pēc tam Banermei dalīsies ar jums aparatūras ekspertu projektēšanas pieredzi augstfrekvences un ātrgaitas PCB shēmās, un es ceru, ka tā būs noderīga ikvienam.

1. Kā izvairīties no augstfrekvences traucējumiem?

Pamatideja, kā izvairīties no augstfrekvences traucējumiem, ir samazināt augstfrekvences signālu elektromagnētiskā lauka traucējumus, kas ir tā sauktais šķērsruna (Crosstalk). Varat palielināt attālumu starp ātrgaitas signālu un analogo signālu vai pievienot zemējuma aizsargu/šuntu blakus analogajam signālam. Pievērsiet uzmanību arī trokšņu traucējumiem no digitālās zemes uz analogo zemi.

2. Kā ņemt vērā pretestības saskaņošanu, izstrādājot ātrgaitas PCB projektēšanas shēmas?

Projektējot ātrgaitas PCB shēmas, pretestības saskaņošana ir viens no dizaina elementiem. Pretestības vērtībai ir absolūta saistība ar elektroinstalācijas metodi, piemēram, staigāšana pa virsmas slāni (mikrosloksne) vai iekšējo slāni (sloksne/dubultā sloksne), attālums no atsauces slāņa (barošanas slānis vai zemes slānis), vadu platums, PCB materiāls. utt. Abi ietekmēs trases raksturīgo pretestības vērtību. Tas nozīmē, ka pretestības vērtību var noteikt tikai pēc elektroinstalācijas. Parasti simulācijas programmatūra nevar ņemt vērā dažus elektroinstalācijas nosacījumus ar pārtraukumu pretestību ķēdes modeļa vai izmantotā matemātiskā algoritma ierobežojumu dēļ. Šobrīd shematiskajā diagrammā var rezervēt tikai dažus terminatorus (izbeigšanu), piemēram, sērijas pretestību. Samazināt trases pretestības pārtraukuma ietekmi. Patiesais problēmas risinājums ir mēģināt izvairīties no pretestības pārtraukumiem vadu savienošanas laikā.

3. Kādi aspekti projektētājam jāņem vērā EMC un EMI noteikumi ātrgaitas PCB projektēšanā?

Parasti EMI/EMC projektēšanā vienlaikus jāņem vērā gan izstarotie, gan vadītie aspekti. Pirmā pieder augstākas frekvences daļai (<30MHz), bet otrā ir zemākās frekvences daļa (<30MHz). Tātad jūs nevarat vienkārši pievērst uzmanību augstajai frekvencei un ignorēt zemās frekvences daļu. Labā EMI/EMC projektēšanā izkārtojuma sākumā ir jāņem vērā ierīces atrašanās vieta, PCB steku izvietojums, svarīga savienojuma metode, ierīces izvēle utt. Ja iepriekš nav labākas vienošanās, tas tiks atrisināts pēc tam. Tas dos divreiz labāku rezultātu ar pusi mazāk pūļu un palielinās izmaksas. Piemēram, pulksteņa ģeneratora atrašanās vieta nedrīkst būt tuvu ārējam savienotājam. Ātrgaitas signāliem pēc iespējas vairāk jāiet uz iekšējo slāni. Pievērsiet uzmanību raksturīgajai pretestības atbilstībai un atsauces slāņa nepārtrauktībai, lai samazinātu atstarojumus. Ierīces virzītā signāla pagrieziena ātrumam jābūt pēc iespējas mazākam, lai samazinātu augstumu. Frekvences komponentes, izvēloties atsaistes/apvada kondensatoru, pievērsiet uzmanību tam, vai tā frekvences reakcija atbilst prasībām, lai samazinātu troksni jaudas plaknē. Turklāt pievērsiet uzmanību augstfrekvences signāla strāvas atgriešanās ceļam, lai cilpas laukums būtu pēc iespējas mazāks (tas ir, cilpas pretestība pēc iespējas mazāka), lai samazinātu starojumu. Zemi var arī sadalīt, lai kontrolētu augstfrekvences trokšņu diapazonu. Visbeidzot, pareizi izvēlieties šasijas zemējumu starp PCB un korpusu.

4. Kā izvēlēties PCB plati?

Izvēloties PCB plātni, ir jāatrod līdzsvars starp dizaina prasību izpildi un masveida ražošanu un izmaksām. Projektēšanas prasības ietver gan elektriskās, gan mehāniskās daļas. Parasti šī materiāla problēma ir svarīgāka, projektējot ļoti ātrdarbīgas PCB plates (frekvence lielāka par GHz). Piemēram, parasti izmantotajam FR-4 materiālam, dielektriskie zudumi vairāku GHz frekvencē ļoti ietekmēs signāla vājināšanos un var nebūt piemēroti. Kas attiecas uz elektrību, pievērsiet uzmanību tam, vai dielektriskā konstante un dielektriskie zudumi ir piemēroti projektētajai frekvencei.

5. Kā pēc iespējas vairāk izpildīt EMC prasības, neradot pārāk lielu izmaksu spiedienu?

Paaugstinātās PCB plātņu izmaksas EMC dēļ parasti ir saistītas ar zemes slāņu skaita palielināšanos, lai uzlabotu ekranēšanas efektu, un ferīta lodīšu, droseļvārstu un citu augstfrekvences harmonikas slāpēšanas ierīču pievienošanu. Turklāt parasti ir jāsaskaņo citu iestāžu ekranēšanas struktūra, lai visa sistēma atbilstu EMC prasībām. Tālāk sniegti tikai daži PCB plates projektēšanas paņēmieni, lai samazinātu ķēdes radīto elektromagnētiskā starojuma efektu.

Mēģiniet izvēlēties ierīci ar lēnāku signāla maiņas ātrumu, lai samazinātu signāla radītos augstfrekvences komponentus.

Pievērsiet uzmanību augstfrekvences komponentu novietojumam, ne pārāk tuvu ārējam savienotājam.

Pievērsiet uzmanību ātrgaitas signālu pretestības saskaņošanai, vadu slānim un tā atgriešanās strāvas ceļam, lai samazinātu augstfrekvences atstarošanu un starojumu.

Uz katras ierīces barošanas avota tapām novietojiet pietiekamus un atbilstošus atdalīšanas kondensatorus, lai mazinātu troksni barošanas plaknē un iezemējuma plaknē. Pievērsiet īpašu uzmanību tam, vai kondensatora frekvences reakcija un temperatūras raksturlielumi atbilst konstrukcijas prasībām.

Zemējumu pie ārējā savienotāja var pareizi atdalīt no zemes, un savienotāja zemējumu var savienot ar tuvumā esošo šasijas zemējumu.

Zemessardzes/šunta pēdas var atbilstoši izmantot blakus dažiem īpašiem ātrgaitas signāliem. Bet pievērsiet uzmanību aizsarga/šunta pēdu ietekmei uz trases raksturīgo pretestību.

Jaudas slānis saraujas par 20H no zemes slāņa, un H ir attālums starp jaudas slāni un zemes slāni.

6. Kādiem aspektiem jāpievērš uzmanība, projektējot, maršrutējot un izkārtojot augstfrekvences PCB virs 2G?

Augstfrekvences PCB, kas pārsniedz 2G, pieder radiofrekvenču ķēžu projektēšanai un nav iekļautas diskusiju par ātrgaitas digitālo ķēžu projektēšanu. Radiofrekvenču ķēdes izkārtojums un maršrutēšana jāapsver kopā ar shēmu, jo izkārtojums un maršrutēšana radīs sadales efektus. Turklāt dažas pasīvās ierīces radiofrekvenču ķēžu projektēšanā tiek realizētas, izmantojot parametrizētas definīcijas un īpašas formas vara folijas. Tāpēc, lai nodrošinātu parametrizētas ierīces un rediģētu īpašas formas vara folijas, ir nepieciešami EDA rīki. Mentor’s boardstation ir īpašs RF dizaina modulis, kas spēj atbilst šīm prasībām. Turklāt vispārējai RF projektēšanai ir nepieciešami specializēti RF ķēdes analīzes rīki. Visslavenākais nozarē ir agilent’s eesoft, kuram ir laba saskarne ar Mentor rīkiem.

7. Vai testa punktu pievienošana ietekmēs ātrgaitas signālu kvalitāti?

Tas, vai tas ietekmēs signāla kvalitāti, ir atkarīgs no testa punktu pievienošanas metodes un signāla ātruma. Pamatā līnijai var pievienot papildu pārbaudes punktus (neizmantojiet esošo caureju vai DIP tapu kā pārbaudes punktu) vai novilkt īsu līniju no līnijas. Pirmais ir līdzvērtīgs neliela kondensatora pievienošanai līnijai, otrais ir papildu atzars. Abi šie apstākļi vairāk vai mazāk ietekmēs ātrgaitas signālu, un efekta apjoms ir saistīts ar signāla frekvences ātrumu un signāla malas ātrumu. Trieciena lielumu var uzzināt, izmantojot simulāciju. Principā, jo mazāks ir pārbaudes punkts, jo labāk (protams, tam jāatbilst testa instrumenta prasībām), jo īsāks zars, jo labāk.