1 pytania

Wraz ze wzrostem złożoności projektu na dużą skalę i integracją systemów elektronicznych, prędkości zegara i czasy narastania urządzeń stają się coraz szybsze i szybsze, oraz szybka płytka drukowana projektowanie stało się ważną częścią procesu projektowania. W szybkich projektach obwodów indukcyjność i pojemność na linii płytki drukowanej sprawiają, że przewód jest równoważny linii transmisyjnej. Nieprawidłowe rozmieszczenie elementów zakończeniowych lub nieprawidłowe okablowanie szybkich sygnałów może powodować problemy z efektem linii transmisyjnej, skutkujące nieprawidłowymi danymi wyjściowymi z systemu, nieprawidłową pracą obwodu lub nawet całkowitym brakiem działania. Podsumowując, w oparciu o model linii transmisyjnej, linia transmisyjna przyniesie niekorzystne efekty, takie jak odbicie sygnału, przesłuchy, zakłócenia elektromagnetyczne, zasilanie i szumy uziemienia w projekcie obwodu.

Aby zaprojektować szybką płytkę drukowaną PCB, która może działać niezawodnie, projekt musi być w pełni i dokładnie przemyślany, aby rozwiązać niektóre niewiarygodne problemy, które mogą wystąpić podczas rozmieszczania i trasowania, skrócić cykl rozwoju produktu i poprawić konkurencyjność na rynku.

Jak korzystać z narzędzi projektowych PROTEL do szybkiego projektowania PCB?

2 Projekt układu systemu wysokiej częstotliwości

W projektowaniu obwodów drukowanych układ jest ważnym ogniwem. Wynik układu wpłynie bezpośrednio na efekt okablowania i niezawodność systemu, co jest najbardziej czasochłonne i trudne w całym projekcie płytki drukowanej. Złożone środowisko PCB wysokiej częstotliwości sprawia, że ​​projektowanie układu systemu wysokiej częstotliwości jest trudne do wykorzystania zdobytej wiedzy teoretycznej. Wymaga to od osoby, która układa, bogatego doświadczenia w szybkim wytwarzaniu PCB, aby uniknąć objazdów w procesie projektowania. Popraw niezawodność i efektywność pracy obwodów. W procesie układania należy kompleksowo rozważyć konstrukcję mechaniczną, rozpraszanie ciepła, zakłócenia elektromagnetyczne, wygodę przyszłego okablowania i estetykę.

Przede wszystkim przed układem cały obwód jest podzielony na funkcje. Obwód wysokiej częstotliwości jest oddzielony od obwodu niskiej częstotliwości, a obwód analogowy i obwód cyfrowy są oddzielone. Każdy obwód funkcjonalny jest umieszczony jak najbliżej środka chipa. Unikaj opóźnień transmisji spowodowanych zbyt długimi przewodami i poprawiaj efekt odsprzęgania kondensatorów. Ponadto należy zwrócić uwagę na względne pozycje i kierunki między pinami i elementami obwodu oraz innymi lampami, aby zmniejszyć ich wzajemny wpływ. Wszystkie komponenty o wysokiej częstotliwości powinny znajdować się daleko od obudowy i innych metalowych płyt, aby zmniejszyć sprzężenie pasożytnicze.

Po drugie, podczas rozmieszczania należy zwrócić uwagę na efekty termiczne i elektromagnetyczne między komponentami. Efekty te są szczególnie poważne w przypadku systemów o wysokiej częstotliwości i należy podjąć środki mające na celu odizolowanie lub odizolowanie, ciepło i osłonę. Rura prostownikowa dużej mocy i rura regulacyjna powinny być wyposażone w radiator i trzymane z dala od transformatora. Elementy żaroodporne, takie jak kondensatory elektrolityczne, należy trzymać z dala od elementów grzejnych, w przeciwnym razie elektrolit ulegnie wysuszeniu, co spowoduje wzrost rezystancji i słabą wydajność, co wpłynie na stabilność obwodu. W układzie należy pozostawić wystarczająco dużo miejsca, aby ułożyć konstrukcję ochronną i zapobiec wprowadzaniu różnych sprzężeń pasożytniczych. Aby zapobiec sprzężeniu elektromagnetycznemu między cewkami na płytce drukowanej, dwie cewki należy umieścić pod kątem prostym, aby zmniejszyć współczynnik sprzężenia. Można również zastosować metodę izolacji pionowej płyty. Najlepiej użyć bezpośrednio wyprowadzenia elementu, który ma być lutowany do obwodu. Im krótszy trop, tym lepiej. Nie używaj złączy i wypustek lutowniczych, ponieważ pomiędzy sąsiednimi wypustkami lutowniczymi występuje rozłożona pojemność i rozłożona indukcyjność. Unikaj umieszczania elementów o wysokim poziomie szumów wokół oscylatora kwarcowego, RIN, napięcia analogowego i ścieżek sygnału napięcia odniesienia.

Wreszcie, zapewniając nieodłączną jakość i niezawodność, biorąc pod uwagę ogólne piękno, należy przeprowadzić rozsądne planowanie obwodów drukowanych. Elementy powinny być równoległe lub prostopadłe do powierzchni płyty oraz równoległe lub prostopadłe do krawędzi płyty głównej. Rozkład składników na powierzchni płyty powinien być możliwie równomierny, a gęstość spójna. W ten sposób jest nie tylko piękny, ale również łatwy w montażu i spawaniu, a także w masowej produkcji.

3 Okablowanie systemu wysokiej częstotliwości

W obwodach wysokiej częstotliwości nie można pominąć parametrów rozkładu rezystancji, pojemności, indukcyjności i wzajemnej indukcyjności przewodów łączących. Z punktu widzenia przeciwdziałania zakłóceniom, rozsądne okablowanie polega na próbie zmniejszenia rezystancji linii, pojemności rozproszonej i indukcyjności rozproszenia w obwodzie. , Powstające rozproszone pole magnetyczne jest zredukowane do minimum, dzięki czemu rozproszona pojemność, strumień magnetyczny upływu, wzajemna indukcyjność elektromagnetyczna i inne zakłócenia powodowane przez hałas są tłumione.

Stosowanie narzędzi projektowych PROTEL w Chinach jest dość powszechne. Jednak wielu projektantów skupia się tylko na „przepustowości szerokopasmowej”, a usprawnienia wprowadzone przez narzędzia projektowe PROTEL w celu dostosowania do zmian w charakterystyce urządzeń nie zostały wykorzystane w projektowaniu, co nie tylko sprawia, że ​​marnowanie zasobów narzędzi projektowych jest większe poważne, co utrudnia wprowadzenie do gry doskonałej wydajności wielu nowych urządzeń.

Poniżej przedstawiono kilka specjalnych funkcji, które może zapewnić narzędzie PROTEL99 SE.

(1) Przewody między pinami urządzenia obwodu wysokiej częstotliwości powinny być zgięte tak mało, jak to możliwe. Najlepiej używać pełnej linii prostej. Gdy wymagane jest zginanie, można zastosować łuki lub łuki 45°, które mogą zmniejszyć zewnętrzną emisję sygnałów o wysokiej częstotliwości i wzajemne zakłócenia. Sprzężenie pomiędzy. Używając PROTEL do wyznaczania tras, możesz wybrać 45-stopniowy lub zaokrąglony w „Narożnikach wyznaczania trasy” w menu „Zasady” w menu „Projekt”. Możesz także użyć klawiszy Shift + spacja, aby szybko przełączać się między wierszami.

(2) Im krótszy przewód między pinami urządzenia obwodu wysokiej częstotliwości, tym lepiej.

PROTEL 99 Najskuteczniejszym sposobem na spełnienie najkrótszego okablowania jest umówienie terminu okablowania dla poszczególnych kluczowych sieci o dużej szybkości przed automatycznym okablowaniem. „Topologia routingu” w „regułach” w menu „Projekt”

Wybierz najkrótszy.

(3) Przemienność warstw ołowianych pomiędzy pinami urządzeń obwodów wysokiej częstotliwości jest jak najmniejsza. Oznacza to, że im mniej przelotek jest używanych w procesie łączenia komponentów, tym lepiej.

Jedna przelotka może przynieść około 0.5 pF rozproszonej pojemności, a zmniejszenie liczby przelotek może znacznie zwiększyć prędkość.

(4) W przypadku okablowania obwodów wysokiej częstotliwości należy zwrócić uwagę na „zakłócenia krzyżowe” wprowadzone przez równoległe okablowanie linii sygnałowej, czyli przesłuch. Jeśli nie można uniknąć dystrybucji równoległej, po przeciwnej stronie równoległej linii sygnałowej można ustawić duży obszar „uziemienia”

Aby znacznie zmniejszyć zakłócenia. Okablowanie równoległe w tej samej warstwie jest prawie nieuniknione, ale w dwóch sąsiednich warstwach kierunek okablowania musi być do siebie prostopadły. W PROTELU nie jest to trudne, ale łatwo to przeoczyć. W “RoutingLayers” w menu “Design” “Reguły”, wybierz Poziomo dla Toplayer i Pionowo dla BottomLayer. Ponadto „Polygonplane” jest dostępny w „miejscu”

Funkcja powierzchni wielokątnej siatki miedzianej, jeśli umieścisz wielokąt jako powierzchnię całej płytki drukowanej i połączysz tę miedź z GND obwodu, może to poprawić zdolność przeciwzakłóceniową wysokiej częstotliwości, ma również większe korzyści dla rozpraszania ciepła i wytrzymałości płyty drukarskiej.

(5) Wdrożyć środki osłony przewodu uziemiającego dla szczególnie ważnych linii sygnałowych lub jednostek lokalnych. „Zarysuj wybrane obiekty” znajduje się w „Narzędzia”, a funkcja ta może być wykorzystana do automatycznego „owinięcia ziemi” wybranych ważnych linii sygnałowych (takich jak obwód oscylacji LT i X1).

(6) Zasadniczo linia energetyczna i linia uziemiająca obwodu są szersze niż linia sygnałowa. Możesz użyć „Klasy” w menu „Projekt”, aby sklasyfikować sieć, która jest podzielona na sieć energetyczną i sieć sygnałową. Wygodne jest ustalenie zasad okablowania. Przełącz szerokość linii linii zasilającej i linii sygnałowej.

(7) Różne typy okablowania nie mogą tworzyć pętli, a przewód uziemiający nie może tworzyć pętli prądowej. Jeśli zostanie wygenerowany obwód pętli, spowoduje to duże zakłócenia w systemie. W tym celu można zastosować metodę okablowania łańcuchowego, która może skutecznie uniknąć tworzenia się pętli, rozgałęzień lub pniaków podczas okablowania, ale spowoduje również problem niełatwego okablowania.

(8) Zgodnie z danymi i projektem różnych chipów oszacuj prąd przepływający przez obwód zasilania i określ wymaganą szerokość przewodu. Zgodnie ze wzorem empirycznym: W (szerokość linii) ≥ L (mm/A) × I (A).

Zgodnie z prądem spróbuj zwiększyć szerokość linii zasilającej i zmniejszyć opór pętli. Jednocześnie upewnij się, że kierunek linii energetycznej i linii naziemnej jest zgodny z kierunkiem transmisji danych, co pomaga zwiększyć zdolność przeciwhałasową. W razie potrzeby do linii elektroenergetycznej i uziemienia można dodać dławik wysokiej częstotliwości wykonany z drutu miedzianego uzwojonego w celu zablokowania przewodzenia szumów o wysokiej częstotliwości.

(9) Szerokość okablowania tej samej sieci powinna być taka sama. Zmiany szerokości linii spowodują nierówną impedancję charakterystyczną linii. Gdy prędkość transmisji jest wysoka, nastąpi odbicie, którego należy w miarę możliwości unikać w projekcie. Jednocześnie zwiększ szerokość linii równoległych linii. Gdy odległość od środka linii nie przekracza 3-krotności szerokości linii, 70% pola elektrycznego można utrzymać bez wzajemnych zakłóceń, co nazywa się zasadą 3W. W ten sposób można przezwyciężyć wpływ rozłożonej pojemności i rozłożonej indukcyjności spowodowane przez równoległe linie.

4 Konstrukcja przewodu zasilającego i przewodu uziemiającego

Aby rozwiązać problem spadku napięcia spowodowanego szumem zasilania i impedancją linii wprowadzaną przez obwód wysokiej częstotliwości, należy w pełni rozważyć niezawodność systemu zasilania w obwodzie wysokiej częstotliwości. Generalnie istnieją dwa rozwiązania: jedno to wykorzystanie technologii szyny zasilającej do okablowania; drugim jest użycie oddzielnej warstwy zasilania. Dla porównania, proces produkcyjny tych ostatnich jest bardziej skomplikowany, a koszt droższy. W związku z tym do okablowania można zastosować technologię szyny zasilającej typu sieciowego, dzięki czemu każdy element należy do innej pętli, a prąd na każdej szynie w sieci ma tendencję do równoważenia, zmniejszając spadek napięcia spowodowany impedancją linii.

Moc transmisji wysokiej częstotliwości jest stosunkowo duża, można wykorzystać duży obszar miedzi i znaleźć w pobliżu płaszczyznę uziemienia o niskiej rezystancji do wielokrotnego uziemienia. Ponieważ indukcyjność przewodu uziemiającego jest proporcjonalna do częstotliwości i długości, impedancja wspólnego uziemienia zostanie zwiększona, gdy częstotliwość robocza jest wysoka, co zwiększy zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez wspólną impedancję uziemienia, więc długość przewodu uziemiającego jest muszą być jak najkrótsze. Spróbuj skrócić długość linii sygnałowej i zwiększyć obszar pętli uziemienia.

Ustaw jeden lub kilka kondensatorów odsprzęgających wysokiej częstotliwości na zasilaniu i uziemieniu układu, aby zapewnić pobliski kanał wysokiej częstotliwości dla prądu przejściowego zintegrowanego układu, tak aby prąd nie przechodził przez linię zasilania z dużą pętlą obszar, co znacznie zmniejsza hałas emitowany na zewnątrz. Jako kondensatory odsprzęgające wybierz monolityczne kondensatory ceramiczne o dobrych sygnałach o wysokiej częstotliwości. Użyj kondensatorów tantalowych lub poliestrowych o dużej pojemności zamiast kondensatorów elektrolitycznych jako kondensatorów magazynujących energię do ładowania obwodu. Ponieważ rozproszona indukcyjność kondensatora elektrolitycznego jest duża, jest nieważna dla wysokiej częstotliwości. Używając kondensatorów elektrolitycznych, używaj ich w parach z kondensatorami odsprzęgającymi o dobrych właściwościach wysokoczęstotliwościowych.

5 Inne techniki projektowania obwodów szybkich

Dopasowanie impedancji odnosi się do stanu pracy, w którym impedancja obciążenia i wewnętrzna impedancja źródła wzbudzenia są do siebie dopasowane w celu uzyskania maksymalnej mocy wyjściowej. W przypadku szybkiego okablowania PCB, aby zapobiec odbiciu sygnału, impedancja obwodu musi wynosić 50 Ω. To jest przybliżona liczba. Ogólnie przewiduje się, że pasmo podstawowe kabla koncentrycznego wynosi 50 Ω, pasmo częstotliwości 75 Ω, a skrętka 100 Ω. Jest to tylko liczba całkowita, dla wygody dopasowania. Zgodnie z konkretną analizą obwodu przyjęto równoległe zakończenie AC, a rezystor i sieć kondensatorów są używane jako impedancja zakończenia. Rezystancja zakończenia R musi być mniejsza lub równa impedancji linii przesyłowej Z0, a pojemność C musi być większa niż 100 pF. Zaleca się stosowanie wielowarstwowych kondensatorów ceramicznych 0.1 UF. Kondensator ma funkcję blokowania niskiej częstotliwości i przepuszczania wysokiej częstotliwości, więc rezystancja R nie jest obciążeniem DC źródła napędzającego, więc ta metoda zakończenia nie ma żadnego zużycia energii DC.

Przesłuch odnosi się do niepożądanych zakłóceń napięciowych spowodowanych przez sprzężenie elektromagnetyczne z sąsiednimi liniami transmisyjnymi, gdy sygnał propaguje się w linii transmisyjnej. Sprzężenie dzieli się na sprzężenie pojemnościowe i sprzężenie indukcyjne. Nadmierny przesłuch może spowodować fałszywe wyzwolenie obwodu i spowodować nieprawidłowe działanie systemu. Zgodnie z niektórymi cechami przesłuchów, można podsumować kilka głównych metod redukcji przesłuchów:

(1) Zwiększ odstęp między liniami, zmniejsz długość równoległą iw razie potrzeby użyj metody impulsowania do okablowania.

(2) Gdy szybkie linie sygnałowe spełniają warunki, dodanie dopasowania zakończeń może zredukować lub wyeliminować odbicia, zmniejszając w ten sposób przesłuchy.

(3) W przypadku mikropaskowych linii transmisyjnych i pasowych linii transmisyjnych ograniczenie wysokości śladu do zakresu powyżej płaszczyzny uziemienia może znacznie zmniejszyć przesłuch.

(4) Gdy pozwala na to miejsce na okablowanie, włóż przewód uziemiający między dwa przewody z poważniejszym przesłuchem, który może odgrywać rolę w izolacji i zmniejszać przesłuch.

Ze względu na brak szybkich analiz i wskazówek symulacyjnych w tradycyjnym projektowaniu PCB, jakość sygnału nie może być zagwarantowana, a większości problemów nie można wykryć do czasu wykonania testu płyt. To znacznie zmniejsza wydajność projektowania i zwiększa koszty, co jest oczywiście niekorzystne w ostrej konkurencji rynkowej. Dlatego w przypadku projektowania szybkich obwodów drukowanych ludzie z branży zaproponowali nowy pomysł na projekt, który stał się metodą projektowania „odgórną”. Dzięki różnorodnym analizom i optymalizacji polityki udało się uniknąć większości możliwych problemów i osiągnięto wiele oszczędności. Czas dopilnować, aby budżet projektu został dotrzymany, produkowane są wysokiej jakości płytki drukowane oraz unika się żmudnych i kosztownych błędów testowych.

Wykorzystanie linii różnicowych do przesyłania sygnałów cyfrowych jest skutecznym środkiem kontroli czynników, które niszczą integralność sygnału w szybkich obwodach cyfrowych. Linia różnicowa na płytce drukowanej jest równoważna parze różnicowej zintegrowanej mikrofalowej linii transmisyjnej pracującej w trybie quasi-TEM. Wśród nich linia różnicowa na górze lub na dole płytki PCB jest równoważna sprzężonej linii mikropaskowej i znajduje się na wewnętrznej warstwie wielowarstwowej płytki drukowanej. Linia różnicowa jest równoważna linii paskowej sprzężonej z boku. Sygnał cyfrowy jest przesyłany linią różnicową w trybie transmisji w trybie nieparzystym, to znaczy różnica faz między sygnałami dodatnimi i ujemnymi wynosi 180°, a szum jest sprzężony na parze linii różnicowych w trybie wspólnym. Napięcie lub prąd obwodu jest odejmowany, dzięki czemu można uzyskać sygnał w celu wyeliminowania szumu wspólnego. Niskonapięciowa amplituda lub wyjście prądowe pary linii różnicowej spełnia wymagania szybkiej integracji i niskiego zużycia energii.

6 uwag końcowych

Wraz z ciągłym rozwojem technologii elektronicznej konieczne jest zrozumienie teorii integralności sygnału, aby kierować i weryfikować projektowanie szybkich obwodów drukowanych. Niektóre doświadczenia podsumowane w tym artykule mogą pomóc projektantom szybkich obwodów drukowanych skrócić cykl rozwoju, uniknąć niepotrzebnych objazdów i zaoszczędzić siłę roboczą i zasoby materiałowe. Projektanci muszą kontynuować badania i odkrywać w rzeczywistej pracy, nadal gromadzić doświadczenie i łączyć nowe technologie w celu projektowania szybkich płytek drukowanych o doskonałej wydajności.