Obecnie wysoka częstotliwość i szybka płytka drukowana projektowanie stało się głównym nurtem, a każdy inżynier PCB powinien być biegły. Następnie Banermei podzieli się z wami niektórymi doświadczeniami projektowymi ekspertów sprzętowych w obwodach PCB wysokiej częstotliwości i szybkich i mam nadzieję, że będzie to pomocne dla wszystkich.

1. Jak uniknąć zakłóceń o wysokiej częstotliwości?

Podstawową ideą unikania zakłóceń o wysokiej częstotliwości jest minimalizacja interferencji pola elektromagnetycznego sygnałów o wysokiej częstotliwości, czyli tzw. przesłuchu (Crosstalk). Możesz zwiększyć odległość między szybkim sygnałem a sygnałem analogowym lub dodać ślady osłony naziemnej/bocznika obok sygnału analogowego. Zwróć także uwagę na zakłócenia od uziemienia cyfrowego do uziemienia analogowego.

2.Jak wziąć pod uwagę dopasowanie impedancji podczas projektowania szybkich schematów projektowania PCB?

Podczas projektowania szybkich obwodów PCB dopasowanie impedancji jest jednym z elementów projektu. Wartość impedancji ma bezwzględny związek z metodą okablowania, taką jak chodzenie po warstwie powierzchniowej (mikropasek) lub warstwie wewnętrznej (linia paskowa/podwójna linia paskowa), odległość od warstwy odniesienia (warstwa mocy lub warstwa uziemienia), szerokość okablowania, materiał PCB , itp. Oba wpłyną na charakterystyczną wartość impedancji śladu. Oznacza to, że wartość impedancji można określić dopiero po okablowaniu. Ogólnie rzecz biorąc, oprogramowanie symulacyjne nie może uwzględniać niektórych warunków okablowania z nieciągłą impedancją ze względu na ograniczenia modelu obwodu lub zastosowanego algorytmu matematycznego. W tej chwili na schemacie można zarezerwować tylko niektóre terminatory (zakończenia), takie jak rezystancja szeregowa. Złagodzić efekt nieciągłości w impedancji śladowej. Prawdziwym rozwiązaniem problemu jest próba uniknięcia nieciągłości impedancji podczas okablowania.

3. W projektowaniu szybkich płytek drukowanych, jakie aspekty projektant powinien wziąć pod uwagę zasady EMC i EMI?

Ogólnie rzecz biorąc, projekt EMI/EMC musi jednocześnie uwzględniać zarówno aspekty promieniowane, jak i przewodzone. Pierwsza z nich należy do części o wyższej częstotliwości (<30 MHz), a druga to część o niższej częstotliwości (<30 MHz). Nie możesz więc po prostu zwracać uwagi na wysokie częstotliwości i ignorować część o niskiej częstotliwości. Dobry projekt EMI/EMC musi na początku projektu uwzględniać lokalizację urządzenia, układ stosu płytek PCB, ważny sposób podłączenia, wybór urządzenia itp. Jeśli wcześniej nie ma lepszego rozwiązania, zostanie ono rozwiązane później. Zrobi dwa razy lepszy wynik przy połowie wysiłku i zwiększy koszty. Na przykład lokalizacja generatora zegara nie powinna znajdować się blisko złącza zewnętrznego. Sygnały o dużej prędkości powinny w jak największym stopniu trafiać do warstwy wewnętrznej. Zwróć uwagę na charakterystyczne dopasowanie impedancji i ciągłość warstwy odniesienia, aby zredukować odbicia. Szybkość narastania sygnału popychanego przez urządzenie powinna być jak najmniejsza, aby zmniejszyć wysokość. Komponenty częstotliwościowe, wybierając kondensator odsprzęgający/bocznikujący, zwracają uwagę na to, czy jego pasmo przenoszenia spełnia wymagania dotyczące redukcji szumów na płaszczyźnie zasilania. Ponadto należy zwrócić uwagę na ścieżkę powrotną prądu sygnału o wysokiej częstotliwości, aby obszar pętli był jak najmniejszy (to znaczy impedancja pętli jak najmniejsza), aby zmniejszyć promieniowanie. Grunt można również podzielić, aby kontrolować zakres szumów o wysokiej częstotliwości. Na koniec należy odpowiednio dobrać uziemienie obudowy pomiędzy płytką drukowaną a obudową.

4. Jak wybrać płytkę PCB?

Wybór płyty PCB musi zachować równowagę między spełnieniem wymagań projektowych a masową produkcją i kosztami. Wymagania projektowe obejmują zarówno części elektryczne, jak i mechaniczne. Zwykle ten problem materiałowy jest ważniejszy przy projektowaniu bardzo szybkich płytek PCB (częstotliwość większa niż GHz). Na przykład powszechnie stosowany materiał FR-4, strata dielektryczna przy częstotliwości kilku GHz będzie miała duży wpływ na tłumienie sygnału i może nie być odpowiedni. W przypadku elektryczności należy zwrócić uwagę, czy stała dielektryczna i strata dielektryczna są odpowiednie dla projektowanej częstotliwości.

5. Jak w jak największym stopniu spełnić wymagania EMC bez powodowania zbyt dużej presji kosztowej?

Zwiększony koszt płytki PCB z powodu EMC jest zwykle spowodowany zwiększeniem liczby warstw uziemienia w celu wzmocnienia efektu ekranowania oraz dodaniem koralików ferrytowych, dławików i innych urządzeń do tłumienia harmonicznych o wysokiej częstotliwości. Ponadto zwykle konieczne jest dopasowanie struktury ekranującej w innych instytucjach, aby cały system spełniał wymagania EMC. Poniżej przedstawiono tylko kilka technik projektowania płytek PCB w celu zmniejszenia efektu promieniowania elektromagnetycznego generowanego przez obwód.

Spróbuj wybrać urządzenie z mniejszą szybkością narastania sygnału, aby zredukować składowe wysokiej częstotliwości generowane przez sygnał.

Zwróć uwagę na umieszczenie komponentów o wysokiej częstotliwości, nie za blisko złącza zewnętrznego.

Zwróć uwagę na dopasowanie impedancji szybkich sygnałów, warstwę okablowania i jej ścieżkę prądu zwrotnego, aby zredukować odbicie i promieniowanie wysokiej częstotliwości.

Umieść wystarczające i odpowiednie kondensatory odsprzęgające na stykach zasilania każdego urządzenia, aby złagodzić zakłócenia na płaszczyźnie zasilania i płaszczyźnie uziemienia. Zwróć szczególną uwagę na to, czy charakterystyka częstotliwościowa i temperatura kondensatora spełniają wymagania projektowe.

Masa w pobliżu złącza zewnętrznego może być odpowiednio oddzielona od masy, a masa złącza może być połączona z masą obudowy w pobliżu.

Ślady osłony naziemnej/bocznikowej mogą być odpowiednio stosowane obok niektórych specjalnych sygnałów o dużej prędkości. Należy jednak zwrócić uwagę na wpływ śladów osłony/bocznika na charakterystyczną impedancję śladu.

Warstwa mocy kurczy się o 20H od warstwy gruntu, a H jest odległością między warstwą mocy a warstwą gruntu.

6. Na jakie aspekty należy zwrócić uwagę podczas projektowania, trasowania i rozmieszczania PCB wysokiej częstotliwości powyżej 2G?

Płytki PCB o wysokiej częstotliwości powyżej 2G należą do projektowania obwodów o częstotliwości radiowej i nie wchodzą w zakres dyskusji na temat projektowania szybkich obwodów cyfrowych. Układ i trasowanie obwodu częstotliwości radiowych należy rozpatrywać razem ze schematem, ponieważ układ i trasowanie będą powodować efekty dystrybucji. Ponadto niektóre urządzenia pasywne w projektowaniu obwodów częstotliwości radiowych są realizowane poprzez sparametryzowaną definicję i specjalnie ukształtowane folie miedziane. Dlatego narzędzia EDA są wymagane do dostarczania sparametryzowanych urządzeń i edycji folii miedzianych o specjalnych kształtach. Stacja pokładowa Mentor posiada specjalny moduł projektowy RF, który może spełnić te wymagania. Co więcej, ogólne projektowanie RF wymaga specjalistycznych narzędzi do analizy obwodów RF. Najbardziej znanym w branży jest eesoft firmy agilent, który ma dobry interfejs z narzędziami Mentora.

7. Czy dodanie punktów testowych wpłynie na jakość szybkich sygnałów?

To, czy wpłynie to na jakość sygnału, zależy od metody dodawania punktów testowych i szybkości sygnału. Zasadniczo, dodatkowe punkty testowe (nie używaj istniejącej przelotki lub szpilki DIP jako punktów testowych) mogą być dodane do linii lub wyciągnięte krótką linię z linii. Pierwsza jest równoznaczna z dodaniem małego kondensatora na linii, druga to dodatkowa gałąź. Oba te warunki w mniejszym lub większym stopniu wpłyną na szybki sygnał, a zakres tego efektu jest związany z prędkością częstotliwości sygnału i szybkością zbocza sygnału. Wielkość wpływu można poznać za pomocą symulacji. W zasadzie im mniejszy punkt testowy, tym lepiej (oczywiście musi spełniać wymagania narzędzia testowego) im krótsza gałąź, tym lepiej.