For tiden er høyfrekvente og høyhastighets PCB design har blitt mainstream, og hver PCB Layout-ingeniør bør være dyktig. Deretter vil Banermei dele med deg noe av designerfaringen til maskinvareeksperter innen høyfrekvente og høyhastighets PCB-kretser, og jeg håper det vil være nyttig for alle.

1. Hvordan unngå høyfrekvent interferens?

Den grunnleggende ideen om å unngå høyfrekvent interferens er å minimere den elektromagnetiske feltinterferensen til høyfrekvente signaler, som er den såkalte crosstalk (Crosstalk). Du kan øke avstanden mellom høyhastighetssignalet og det analoge signalet, eller legge til bakkevakt/shuntspor ved siden av det analoge signalet. Vær også oppmerksom på støyinterferensen fra den digitale bakken til den analoge bakken.

2. Hvordan vurdere impedanstilpasning når du designer høyhastighets PCB-designskjemaer?

Når du designer høyhastighets PCB-kretser, er impedanstilpasning et av designelementene. Impedansverdien har et absolutt forhold til ledningsmetoden, som å gå på overflatelaget (mikrostrip) eller indre lag (stripline/dobbel stripline), avstand fra referanselaget (kraftlag eller jordlag), ledningsbredde, PCB-materiale , etc. Begge vil påvirke den karakteristiske impedansverdien til kurven. Det vil si at impedansverdien kun kan bestemmes etter kabling. Generelt kan ikke simuleringsprogramvare ta hensyn til enkelte ledningsforhold med diskontinuerlig impedans på grunn av begrensningen til kretsmodellen eller den matematiske algoritmen som brukes. På dette tidspunktet kan bare noen terminatorer (terminering), for eksempel seriemotstand, reserveres på det skjematiske diagrammet. Lindre effekten av diskontinuitet i sporimpedans. Den virkelige løsningen på problemet er å prøve å unngå impedansdiskontinuiteter ved kabling.

3. I høyhastighets PCB-design, hvilke aspekter bør designeren vurdere EMC- og EMI-regler?

Generelt må EMI/EMC-design vurdere både utstrålte og ledede aspekter på samme tid. Førstnevnte tilhører den høyere frekvensdelen (<30MHz) og sistnevnte er den lavere frekvensdelen (<30MHz). Så du kan ikke bare ta hensyn til høyfrekvensen og ignorere lavfrekvensdelen. En god EMI/EMC-design må ta hensyn til enhetens plassering, PCB-stabelarrangement, viktig tilkoblingsmetode, enhetsvalg osv. i begynnelsen av layouten. Dersom det ikke er en bedre ordning på forhånd, vil det løses i etterkant. Det vil gjøre det dobbelte av resultatet med halve innsatsen og øke kostnadene. For eksempel bør plasseringen av klokkegeneratoren ikke være nær den eksterne kontakten. Høyhastighetssignaler bør gå til det indre laget så mye som mulig. Vær oppmerksom på den karakteristiske impedanstilpasningen og kontinuiteten til referanselaget for å redusere refleksjoner. Svinghastigheten til signalet som skyves av enheten bør være så liten som mulig for å redusere høyden. Frekvenskomponenter, når du velger en frakoblings-/bypasskondensator, vær oppmerksom på om frekvensresponsen oppfyller kravene for å redusere støy på kraftplanet. Vær i tillegg oppmerksom på returbanen til høyfrekvent signalstrøm for å gjøre sløyfeområdet så lite som mulig (det vil si sløyfeimpedansen så liten som mulig) for å redusere strålingen. Jorden kan også deles for å kontrollere rekkevidden av høyfrekvent støy. Til slutt, velg riktig chassisjord mellom PCB og huset.

4. Hvordan velge PCB-kort?

Valget av PCB-kort må finne en balanse mellom å oppfylle designkrav og masseproduksjon og kostnad. Designkravene omfatter både elektriske og mekaniske deler. Vanligvis er dette materialproblemet viktigere når man designer svært høyhastighets PCB-kort (frekvens større enn GHz). For eksempel vil det ofte brukte FR-4-materialet, det dielektriske tapet ved en frekvens på flere GHz ha stor innflytelse på signaldempningen, og er kanskje ikke egnet. Når det gjelder elektrisitet, vær oppmerksom på om dielektrisk konstant og dielektrisk tap er egnet for den utformede frekvensen.

5. Hvordan oppfylle EMC-kravene så mye som mulig uten å forårsake for mye kostnadspress?

De økte kostnadene for PCB-kort på grunn av EMC skyldes vanligvis økningen av antall jordlag for å forbedre skjermingseffekten og tillegg av ferrittkuler, choke og andre høyfrekvente harmoniske undertrykkingsenheter. I tillegg er det vanligvis nødvendig å matche skjermingsstrukturen på andre institusjoner for å få hele systemet til å oppfylle EMC-kravene. Det følgende gir bare noen få PCB-kortdesignteknikker for å redusere den elektromagnetiske strålingseffekten som genereres av kretsen.

Prøv å velge en enhet med en langsommere signaldreiehastighet for å redusere høyfrekvente komponenter som genereres av signalet.

Vær oppmerksom på plasseringen av høyfrekvente komponenter, ikke for nær den eksterne kontakten.

Vær oppmerksom på impedanstilpasningen til høyhastighetssignaler, ledningslaget og dets returstrømbane, for å redusere høyfrekvent refleksjon og stråling.

Plasser tilstrekkelige og passende avkoblingskondensatorer på strømforsyningspinnene til hver enhet for å dempe støyen på strømplanet og jordplanet. Vær spesielt oppmerksom på om frekvensresponsen og temperaturegenskapene til kondensatoren oppfyller designkravene.

Jorden i nærheten av den eksterne kontakten kan skilles riktig fra bakken, og jordingen til kontakten kan kobles til chassisjorden i nærheten.

Bakkevakt/shuntspor kan brukes ved siden av noen spesielle høyhastighetssignaler. Men vær oppmerksom på påvirkningen av vakt-/shuntspor på den karakteristiske impedansen til sporet.

Kraftlaget krymper 20H fra grunnlaget, og H er avstanden mellom kraftlaget og grunnlaget.

6. Hvilke aspekter bør man ta hensyn til ved design, ruting og layout av høyfrekvente PCB over 2G?

Høyfrekvente PCB-er over 2G tilhører utformingen av radiofrekvenskretser og er ikke innenfor diskusjonen av høyhastighets digital kretsdesign. Oppsettet og rutingen av radiofrekvenskretsen bør vurderes sammen med skjemaet, fordi oppsettet og rutingen vil forårsake distribusjonseffekter. Dessuten er noen passive enheter i utformingen av radiofrekvenskretser realisert gjennom parameteriserte definisjoner og spesialformede kobberfolier. Derfor kreves det EDA-verktøy for å gi parametriserte enheter og redigere spesialformede kobberfolier. Mentors styrestasjon har en spesiell RF-designmodul som kan oppfylle disse kravene. Dessuten krever generell RF-design spesialiserte RF-kretsanalyseverktøy. Den mest kjente i bransjen er agilents eesoft, som har et godt grensesnitt med Mentors verktøy.

7. Vil det å legge til testpunkter påvirke kvaliteten på høyhastighetssignaler?

Hvorvidt det vil påvirke signalkvaliteten avhenger av metoden for å legge til testpunkter og hvor raskt signalet er. I utgangspunktet kan ytterligere testpunkter (ikke bruk den eksisterende via- eller DIP-pinnen som testpunkter) legges til linjen eller trekkes en kort linje fra linjen. Førstnevnte tilsvarer å legge til en liten kondensator på linjen, sistnevnte er en ekstra gren. Begge disse forholdene vil påvirke høyhastighetssignalet mer eller mindre, og omfanget av effekten er relatert til signalets frekvenshastighet og signalets kanthastighet. Størrelsen på påvirkningen kan bli kjent gjennom simulering. I prinsippet, jo mindre testpunkt, jo bedre (selvfølgelig må det oppfylle kravene til testverktøyet) jo kortere gren, jo bedre.