1 Jautājumi

Plaši palielinoties dizaina sarežģītībai un elektronisko sistēmu integrācijai, pulksteņa ātrumi un ierīču pieauguma laiki kļūst arvien ātrāki, un ātrgaitas PCB dizains ir kļuvis par nozīmīgu projektēšanas procesa sastāvdaļu. Ātrgaitas shēmas projektēšanā shēmas plates līnijas induktivitāte un kapacitāte padara vadu līdzvērtīgu pārvades līnijai. Nepareizs gala komponentu izkārtojums vai nepareizs ātrgaitas signālu vads var izraisīt pārvades līnijas efekta problēmas, kā rezultātā sistēmas dati tiek izvadīti nepareizi, ķēde var darboties neparasti vai pat nedarbojas vispār. Apkopojot, pamatojoties uz pārvades līnijas modeli, pārvades līnija radīs negatīvas sekas, piemēram, signāla atstarošanos, šķērsrunu, elektromagnētiskos traucējumus, barošanas avotu un zemes troksni.

Lai izstrādātu ātrdarbīgu PCB shēmas plati, kas var darboties droši, dizains ir pilnībā un rūpīgi jāapsver, lai atrisinātu dažas neuzticamas problēmas, kas var rasties izkārtojuma un maršrutēšanas laikā, saīsinātu produktu izstrādes ciklu un uzlabotu tirgus konkurētspēju.

Kā lietot PROTEL projektēšanas rīkus ātrgaitas PCB projektēšanai

2 Augstfrekvences sistēmas izkārtojuma dizains

Ķēdes PCB dizainā izkārtojums ir svarīga saikne. Izkārtojuma rezultāts tieši ietekmēs elektroinstalācijas efektu un sistēmas uzticamību, kas ir laikietilpīgākais un grūtākais visā iespiedshēmas plates dizainā. Augstfrekvences PCB sarežģītā vide apgrūtina augstfrekvences sistēmas izkārtojumu, lai izmantotu apgūtās teorētiskās zināšanas. Tas prasa, lai personai, kas noformē, ir jābūt bagātīgai pieredzei ātrgaitas PCB ražošanā, lai izvairītos no apkārtceļiem projektēšanas procesā. Uzlabojiet ķēdes darba uzticamību un efektivitāti. Izkārtojuma procesā visaptveroši jāņem vērā mehāniskā struktūra, siltuma izkliede, elektromagnētiskie traucējumi, turpmākās elektroinstalācijas ērtības un estētika.

Pirmkārt, pirms izkārtojuma visa ķēde ir sadalīta funkcijās. Augstas frekvences ķēde ir atdalīta no zemfrekvences ķēdes, un analogā ķēde un digitālā ķēde ir atdalītas. Katra funkcionālā ķēde ir novietota pēc iespējas tuvāk mikroshēmas centram. Izvairieties no pārraides aizkavēšanās, ko izraisa pārāk gari vadi, un uzlabojiet kondensatoru atsaistes efektu. Turklāt pievērsiet uzmanību relatīvajām pozīcijām un virzieniem starp tapām un ķēdes komponentiem un citām caurulēm, lai samazinātu to savstarpējo ietekmi. Visām augstfrekvences sastāvdaļām jāatrodas tālu no šasijas un citām metāla plāksnēm, lai samazinātu parazītisko savienojumu.

Otrkārt, izkārtojuma laikā jāpievērš uzmanība termiskajai un elektromagnētiskajai iedarbībai starp komponentiem. Šīs sekas ir īpaši nopietnas augstfrekvences sistēmām, un ir jāveic pasākumi, lai novērstu vai izolētu siltumu un vairogu. Lieljaudas taisngrieža caurule un regulēšanas caurule jāaprīko ar radiatoru un jātur prom no transformatora. Karstumizturīgie komponenti, piemēram, elektrolītiskie kondensatori, jātur tālāk no sildelementiem, pretējā gadījumā elektrolīts tiks izžuvis, kā rezultātā palielināsies pretestība un slikta veiktspēja, kas ietekmēs ķēdes stabilitāti. Izkārtojumā jāatstāj pietiekami daudz vietas, lai sakārtotu aizsargkonstrukciju un novērstu dažādu parazītu savienojumu ieviešanu. Lai novērstu elektromagnētisko savienojumu starp spolēm uz iespiedshēmas plates, abas spoles jānovieto taisnā leņķī, lai samazinātu savienojuma koeficientu. Var izmantot arī vertikālās plāksnes izolācijas metodi. Vislabāk ir tieši izmantot ķēdē lodējamās sastāvdaļas vadu. Jo īsāks vads, jo labāk. Neizmantojiet savienotājus un lodēšanas izciļņus, jo starp blakus esošajām lodēšanas cilpām ir sadalīta kapacitāte un sadalīta induktivitāte. Izvairieties no augsta trokšņa komponentu novietošanas ap kristāla oscilatoru, RIN, analogā sprieguma un atsauces sprieguma signālu pēdām.

Visbeidzot, vienlaikus nodrošinot raksturīgo kvalitāti un uzticamību, vienlaikus ņemot vērā kopējo skaistumu, ir jāveic saprātīga shēmas plates plānošana. Sastāvdaļām jābūt paralēlām vai perpendikulārām dēļa virsmai un paralēlām vai perpendikulārām galvenās plates malai. Komponentu sadalījumam uz dēļa virsmas jābūt pēc iespējas vienmērīgākam, un blīvumam jābūt vienmērīgam. Tādā veidā tas ir ne tikai skaists, bet arī viegli saliekams un metināms, un to ir viegli ražot masveidā.

3 Augstfrekvences sistēmas elektroinstalācija

Augstfrekvences shēmās nevar ignorēt savienojošo vadu pretestības, kapacitātes, induktivitātes un savstarpējās induktivitātes sadales parametrus. No prettraucējumu viedokļa saprātīga elektroinstalācija ir mēģināt samazināt līnijas pretestību, sadalīto kapacitāti un izkliedēto induktivitāti ķēdē. , Iegūtais izkliedētais magnētiskais lauks tiek samazināts līdz minimumam, lai tiktu nomākta sadalītā kapacitāte, noplūdes magnētiskā plūsma, elektromagnētiskā savstarpējā induktivitāte un citi trokšņa radītie traucējumi.

PROTEL dizaina rīku pielietojums Ķīnā ir bijis diezgan izplatīts. Tomēr daudzi dizaineri koncentrējas tikai uz “platjoslas ātrumu”, un PROTEL projektēšanas rīku veiktie uzlabojumi, lai pielāgotos ierīces raksturlielumu izmaiņām, dizainā nav izmantoti, kas ne tikai padara dizaina rīku resursu izšķērdēšanu. nopietna, kas apgrūtina daudzu jaunu ierīču izcilās veiktspējas ieviešanu.

Tālāk ir aprakstītas dažas īpašas funkcijas, kuras var nodrošināt PROTEL99 SE rīks.

(1) Vadam starp augstfrekvences ķēdes ierīces tapām jābūt pēc iespējas mazāk saliektam. Vislabāk ir izmantot pilnu taisnu līniju. Ja nepieciešama locīšana, var izmantot 45° līkumus vai lokus, kas var samazināt augstfrekvences signālu ārējo izstarojumu un savstarpējos traucējumus. Savienojums starp. Maršrutēšanai izmantojot PROTEL, izvēlnes “Dizains” izvēlnē “Maršrutēšanas stūri” var atlasīt 45 grādi vai noapaļots. Varat arī izmantot taustiņu Shift + atstarpes taustiņu, lai ātri pārslēgtos starp rindām.

(2) Jo īsāks vads starp augstfrekvences ķēdes ierīces tapām, jo ​​labāk.

PROTEL 99 Visefektīvākais veids, kā nodrošināt īsāko elektroinstalāciju, ir pirms automātiskās vadu ieslēgšanas vienojoties par vadu pieslēgšanu atsevišķiem galvenajiem ātrgaitas tīkliem. “Maršrutēšanas topoloģija” izvēlnē “Dizains” sadaļā “noteikumi”.

Izvēlieties īsāko.

(3) Svina slāņu maiņa starp augstfrekvences ķēžu ierīču tapām ir pēc iespējas mazāka. Tas ir, jo mazāk cauruļu izmanto komponentu savienojuma procesā, jo labāk.

Viens caurums var radīt aptuveni 0.5 pF sadalītās kapacitātes, un caureju skaita samazināšana var ievērojami palielināt ātrumu.

(4) Augstfrekvences ķēdes elektroinstalācijas gadījumā pievērsiet uzmanību “šķērstraucējumiem”, ko rada signāla līnijas paralēlais vads, tas ir, šķērsruna. Ja paralēlais sadalījums ir neizbēgams, paralēlās signāla līnijas pretējā pusē var izvietot lielu “zemes” laukumu.

Lai ievērojami samazinātu traucējumus. Paralēlā elektroinstalācija vienā un tajā pašā slānī ir gandrīz neizbēgama, bet divos blakus slāņos vadu virzienam jābūt perpendikulāram vienam pret otru. PROTEL to nav grūti izdarīt, taču to ir viegli nepamanīt. Sadaļā “RouTingLayers” izvēlnē “Dizains” “noteikumi” atlasiet Horizontal toplayer un Vertikāli BottomLayer. Turklāt “Polygonplane” ir norādīts “vietā”

Daudzstūra režģa vara folijas virsmas funkcija, ja novietojat daudzstūri kā visas iespiedshēmas plates virsmu un savienojat šo varu ar ķēdes GND, tas var uzlabot augstfrekvences prettraucējumu spēju, tai ir arī lielākas priekšrocības siltuma izkliedēšanai un iespiedplates stiprībai.

(5) Īpaši svarīgām signālu līnijām vai vietējām vienībām īstenot iezemējuma vadu norobežošanas pasākumus. “Izvēlēto objektu kontūra” ir nodrošināta sadaļā “Rīki”, un šo funkciju var izmantot, lai automātiski “aptvertu zemi” atlasītajām svarīgām signāla līnijām (piemēram, svārstību ķēde LT un X1).

(6) Parasti ķēdes strāvas līnija un zemējuma līnija ir platāka par signāla līniju. Varat izmantot izvēlnē “Dizains” esošo “Klases”, lai klasificētu tīklu, kas ir sadalīts barošanas tīklā un signālu tīklā. Ir ērti iestatīt elektroinstalācijas noteikumus. Pārslēdziet strāvas līnijas un signāla līnijas līnijas platumu.

(7) Dažāda veida elektroinstalācijas nevar izveidot cilpu, un zemējuma vads nevar izveidot strāvas cilpu. Ja tiek ģenerēta cilpas ķēde, tas sistēmā radīs lielus traucējumus. Šim nolūkam var izmantot ķēdes elektroinstalācijas metodi, kas var efektīvi izvairīties no cilpu, zaru vai celmu veidošanās vadu savienošanas laikā, taču tas radīs arī sarežģītu vadu savienojuma problēmu.

(8) Saskaņā ar dažādu mikroshēmu datiem un dizainu, novērtējiet strāvas padeves ķēdes caurlaidīgo strāvu un nosakiet nepieciešamo stieples platumu. Saskaņā ar empīrisko formulu: W (līnijas platums) ≥ L (mm/A) × I (A).

Atbilstoši strāvai mēģiniet palielināt elektropārvades līnijas platumu un samazināt cilpas pretestību. Vienlaikus izveidojiet elektropārvades līnijas un zemes līnijas virzienu saskaņā ar datu pārraides virzienu, kas palīdz uzlabot prettrokšņu spēju. Ja nepieciešams, elektropārvades līnijai un zemējuma līnijai var pievienot augstfrekvences droseles ierīci, kas izgatavota no vara stieples uztīta ferīta, lai bloķētu augstfrekvences trokšņu vadīšanu.

(9) Tā paša tīkla elektroinstalācijas platumam jābūt nemainīgam. Līnijas platuma izmaiņas radīs nevienmērīgu līnijas raksturīgo pretestību. Kad pārraides ātrums ir liels, notiks atstarošana, no kuras dizainā pēc iespējas vajadzētu izvairīties. Vienlaikus palieliniet paralēlo līniju līniju platumu. Ja līnijas centra attālums nepārsniedz 3 reizes līnijas platumu, 70% elektriskā lauka var uzturēt bez savstarpējas iejaukšanās, ko sauc par 3W principu. Tādā veidā var pārvarēt paralēlo līniju radītās sadalītās kapacitātes un sadalītās induktivitātes ietekmi.

4 Strāvas vada un zemējuma vada dizains

Lai atrisinātu sprieguma kritumu, ko izraisa barošanas avota troksnis un līnijas pretestība, ko rada augstfrekvences ķēde, pilnībā jāņem vērā barošanas sistēmas uzticamība augstfrekvences ķēdē. Parasti ir divi risinājumi: viens ir izmantot jaudas kopnes tehnoloģiju elektroinstalācijai; otrs ir izmantot atsevišķu barošanas slāni. Salīdzinājumam, pēdējās ražošanas process ir sarežģītāks un izmaksas ir dārgākas. Tāpēc elektroinstalācijai var izmantot tīkla tipa jaudas kopnes tehnoloģiju, lai katrs komponents piederētu citai cilpai, un strāva katrā tīkla kopnē būtu līdzsvarota, samazinot sprieguma kritumu, ko izraisa līnijas pretestība.

Augstfrekvences pārraides jauda ir salīdzinoši liela, varat izmantot lielu vara laukumu un tuvumā atrast zemas pretestības iezemētu plakni vairākkārtējai zemēšanai. Tā kā zemējuma vada induktivitāte ir proporcionāla frekvencei un garumam, kopējā zemējuma pretestība tiks palielināta, ja darba frekvence ir augsta, kas palielinās kopējās zemējuma pretestības radītos elektromagnētiskos traucējumus, tāpēc zemējuma vada garums ir vienāds. jābūt pēc iespējas īsākam. Mēģiniet samazināt signāla līnijas garumu un palielināt zemes cilpas laukumu.

Iestatiet vienu vai vairākus augstfrekvences atsaistes kondensatorus uz mikroshēmas barošanas un zemes, lai nodrošinātu tuvējo augstfrekvences kanālu integrētās mikroshēmas pārejas strāvai, lai strāva neizietu caur barošanas līniju ar lielu cilpu. zonā, tādējādi ievērojami samazinot troksni, kas izstaro uz āru. Kā atsaistes kondensatorus izvēlieties monolītos keramikas kondensatorus ar labiem augstfrekvences signāliem. Elektrolītisko kondensatoru vietā izmantojiet lielas ietilpības tantala kondensatorus vai poliestera kondensatorus kā enerģijas uzkrāšanas kondensatorus ķēdes uzlādei. Tā kā elektrolītiskā kondensatora sadalītā induktivitāte ir liela, tā nav derīga augstai frekvencei. Izmantojot elektrolītiskos kondensatorus, izmantojiet tos pa pāriem ar atdalīšanas kondensatoriem ar labiem augstfrekvences raksturlielumiem.

5 Citas ātrgaitas ķēžu projektēšanas metodes

Pretestības saskaņošana attiecas uz darba stāvokli, kurā slodzes pretestība un ierosmes avota iekšējā pretestība ir pielāgotas viena otrai, lai iegūtu maksimālo izejas jaudu. Ātrgaitas PCB vadiem, lai novērstu signāla atstarošanu, ķēdes pretestībai ir jābūt 50 Ω. Šis ir aptuvens skaitlis. Parasti tiek noteikts, ka koaksiālā kabeļa pamatjosla ir 50 Ω, frekvenču josla ir 75 Ω un savītais vads ir 100 Ω. Tas ir tikai vesels skaitlis saskaņošanas ērtībai. Saskaņā ar konkrēto ķēdes analīzi tiek pieņemta paralēlā maiņstrāvas izbeigšana, un rezistoru un kondensatora tīkls tiek izmantoti kā gala pretestība. Izbeigšanas pretestībai R jābūt mazākai vai vienādai ar pārvades līnijas pretestību Z0, un kapacitātei C jābūt lielākai par 100 pF. Ieteicams izmantot 0.1UF daudzslāņu keramiskos kondensatorus. Kondensatoram ir zemas frekvences bloķēšanas un augstas frekvences caurlaides funkcija, tāpēc pretestība R nav braukšanas avota līdzstrāvas slodze, tāpēc šai izbeigšanas metodei nav līdzstrāvas enerģijas patēriņa.

Šķērsruna attiecas uz nevēlamiem sprieguma trokšņu traucējumiem, ko rada elektromagnētiskā savienojuma savienojums ar blakus esošajām pārvades līnijām, kad signāls izplatās pa pārvades līniju. Savienojums ir sadalīts kapacitatīvā savienojumā un induktīvā savienojumā. Pārmērīga šķērsruna var izraisīt nepareizu ķēdes iedarbināšanu un izraisīt sistēmas nedarbošanos normāli. Saskaņā ar dažām šķērsrunas īpašībām var apkopot vairākas galvenās šķērsrunas samazināšanas metodes:

(1) Palieliniet atstarpi starp rindām, samaziniet paralēlo garumu un, ja nepieciešams, izmantojiet vadu savienošanas metodi.

(2) Ja ātrgaitas signāla līnijas atbilst nosacījumiem, izbeigšanas saskaņošanas pievienošana var samazināt vai novērst atstarojumu, tādējādi samazinot šķērsrunu.

(3) Mikrosloksnes pārvades līnijām un sloksnes pārvades līnijām trases augstuma ierobežošana diapazonā virs iezemētās plaknes var ievērojami samazināt šķērsrunu.

(4) Ja elektroinstalācijas vieta atļauj, ievietojiet zemējuma vadu starp diviem vadiem ar nopietnāku šķērsrunu, kas var izolēt un samazināt šķērsrunu.

Tā kā tradicionālajā PCB dizainā trūkst ātrgaitas analīzes un simulācijas norādījumu, signāla kvalitāti nevar garantēt, un lielāko daļu problēmu nevar atklāt līdz plākšņu izgatavošanas pārbaudei. Tas ievērojami samazina dizaina efektivitāti un palielina izmaksas, kas ir acīmredzami neizdevīgi sīvajā tirgus konkurencē. Tāpēc ātrgaitas PCB projektēšanai nozares cilvēki ir ierosinājuši jaunu dizaina ideju, kas ir kļuvusi par “no augšas uz leju” projektēšanas metodi. Pēc daudzveidīgas politikas analīzes un optimizācijas lielākā daļa iespējamo problēmu ir novērstas un ir veikti daudzi ietaupījumi. Laiks nodrošināt projekta budžeta izpildi, augstas kvalitātes iespiedplašu izgatavošanu, kā arī izvairīties no nogurdinošām un dārgām testu kļūdām.

Diferenciālo līniju izmantošana ciparu signālu pārraidīšanai ir efektīvs līdzeklis, lai kontrolētu faktorus, kas iznīcina signāla integritāti ātrgaitas digitālajās shēmās. Diferenciālā līnija uz iespiedshēmas plates ir līdzvērtīga diferenciālajam mikroviļņu integrētajam pārraides līniju pārim, kas darbojas kvazi-TEM režīmā. Starp tiem diferenciāllīnija PCB augšpusē vai apakšā ir līdzvērtīga savienotajai mikrosloksnes līnijai un atrodas uz daudzslāņu PCB iekšējā slāņa. Diferenciāllīnija ir līdzvērtīga plaši savienotai sloksnes līnijai. Digitālais signāls tiek pārraidīts diferenciālajā līnijā nepāra režīma pārraides režīmā, tas ir, fāzes starpība starp pozitīvo un negatīvo signālu ir 180 °, un troksnis tiek savienots ar diferenciālo līniju pāri kopējā režīmā. Ķēdes spriegums vai strāva tiek atņemta, lai varētu iegūt signālu, lai novērstu kopējā režīma troksni. Diferenciālo līniju pāra zemsprieguma amplitūda vai strāvas piedziņas izeja atbilst ātrgaitas integrācijas un zema enerģijas patēriņa prasībām.

6 nobeiguma piezīmes

Nepārtraukti attīstoties elektroniskajām tehnoloģijām, ir obligāti jāsaprot signāla integritātes teorija, lai vadītu un pārbaudītu ātrgaitas PCB konstrukciju. Šajā rakstā apkopotā pieredze var palīdzēt ātrgaitas shēmu PCB projektētājiem saīsināt izstrādes ciklu, izvairīties no nevajadzīgiem apkārtceļiem un ietaupīt darbaspēku un materiālos resursus. Dizaineriem jāturpina pētīt un izpētīt faktisko darbu, turpināt uzkrāt pieredzi un apvienot jaunas tehnoloģijas, lai izstrādātu ātrgaitas PCB shēmas plates ar izcilu veiktspēju.