Atualmente, alta frequência e PCB de alta velocidade o design tornou-se o mainstream e todo engenheiro de layout de PCB deve ser proficiente. A seguir, Banermei compartilhará com você um pouco da experiência de design de especialistas em hardware em circuitos de PCB de alta frequência e alta velocidade, e espero que seja útil para todos.

1. Como evitar interferência de alta frequência?

A ideia básica para evitar a interferência de alta frequência é minimizar a interferência do campo eletromagnético dos sinais de alta frequência, que é a chamada diafonia (diafonia). Você pode aumentar a distância entre o sinal de alta velocidade e o sinal analógico ou adicionar proteção de solo / traços de derivação ao lado do sinal analógico. Também preste atenção à interferência de ruído do aterramento digital para o aterramento analógico.

2. Como considerar o casamento de impedância ao projetar esquemas de design de PCB de alta velocidade?

Ao projetar circuitos de PCB de alta velocidade, o casamento de impedância é um dos elementos do projeto. O valor de impedância tem uma relação absoluta com o método de fiação, como caminhar na camada superficial (microtira) ou camada interna (stripline / double stripline), distância da camada de referência (camada de energia ou camada de solo), largura da fiação, material de PCB , etc. Ambos afetarão o valor da impedância característica do traço. Ou seja, o valor da impedância só pode ser determinado após a fiação. Geralmente, o software de simulação não pode levar em consideração algumas condições de fiação com impedância descontínua devido à limitação do modelo do circuito ou do algoritmo matemático usado. Neste momento, apenas alguns terminadores (terminação), como resistência em série, podem ser reservados no diagrama esquemático. Alivie o efeito da descontinuidade na impedância do traço. A solução real para o problema é tentar evitar descontinuidades de impedância durante a fiação.

3. No projeto de PCB de alta velocidade, quais aspectos o projetista deve considerar as regras EMC e EMI?

Geralmente, o projeto EMI / EMC precisa considerar os aspectos irradiados e conduzidos ao mesmo tempo. O primeiro pertence à parte de frequência mais alta (<30 MHz) e o último é a parte de frequência mais baixa (<30 MHz). Portanto, você não pode simplesmente prestar atenção à alta frequência e ignorar a parte de baixa frequência. Um bom projeto EMI / EMC deve levar em consideração a localização do dispositivo, a disposição da pilha de PCB, o método de conexão importante, a seleção do dispositivo, etc. no início do layout. Se não houver um arranjo melhor de antemão, isso será resolvido depois. Ele fará o dobro do resultado com metade do esforço e aumentará o custo. Por exemplo, a localização do gerador de relógio não deve ser próxima ao conector externo. Os sinais de alta velocidade devem ir para a camada interna tanto quanto possível. Preste atenção ao casamento de impedância característica e à continuidade da camada de referência para reduzir os reflexos. A taxa de variação do sinal empurrado pelo dispositivo deve ser a menor possível para reduzir a altura. Os componentes de frequência, ao escolher um capacitor de desacoplamento / bypass, preste atenção se sua resposta de frequência atende aos requisitos para reduzir o ruído no plano de potência. Além disso, preste atenção ao caminho de retorno da corrente do sinal de alta frequência para tornar a área do loop a menor possível (ou seja, a impedância do loop a menor possível) para reduzir a radiação. O solo também pode ser dividido para controlar a faixa de ruído de alta frequência. Finalmente, escolha corretamente o aterramento do chassi entre a PCB e a caixa.

4. Como escolher a placa PCB?

A escolha da placa PCB deve encontrar um equilíbrio entre atender aos requisitos de design e produção em massa e custo. Os requisitos de design incluem peças elétricas e mecânicas. Normalmente, este problema material é mais importante ao projetar placas PCB de alta velocidade (frequência maior que GHz). Por exemplo, o material FR-4 comumente usado, a perda dielétrica em uma frequência de vários GHz terá uma grande influência na atenuação do sinal e pode não ser adequada. No que diz respeito à eletricidade, preste atenção se a constante dielétrica e a perda dielétrica são adequadas para a frequência projetada.

5. Como atender aos requisitos de EMC tanto quanto possível sem causar muita pressão de custo?

O aumento do custo da placa PCB devido ao EMC é geralmente devido ao aumento do número de camadas de aterramento para aumentar o efeito de blindagem e a adição de cordão de ferrite, estrangulamento e outros dispositivos de supressão de harmônicas de alta frequência. Além disso, geralmente é necessário combinar a estrutura de blindagem de outras instituições para fazer com que todo o sistema seja aprovado nos requisitos de EMC. O seguinte fornece apenas algumas técnicas de design de placa de PCB para reduzir o efeito de radiação eletromagnética gerado pelo circuito.

Tente escolher um dispositivo com uma taxa de variação de sinal mais lenta para reduzir os componentes de alta frequência gerados pelo sinal.

Preste atenção ao posicionamento dos componentes de alta frequência, não muito perto do conector externo.

Preste atenção à combinação de impedância dos sinais de alta velocidade, a camada de fiação e seu caminho de corrente de retorno, para reduzir a reflexão e a radiação de alta frequência.

Coloque capacitores de desacoplamento adequados e suficientes nos pinos da fonte de alimentação de cada dispositivo para aliviar o ruído no plano de energia e no plano de aterramento. Preste atenção especial se a resposta de frequência e as características de temperatura do capacitor atendem aos requisitos do projeto.

O aterramento próximo ao conector externo pode ser adequadamente separado do aterramento e o aterramento do conector pode ser conectado ao aterramento do chassi próximo.

Traços de proteção de solo / shunt podem ser usados ​​apropriadamente ao lado de alguns sinais especiais de alta velocidade. Mas preste atenção à influência dos traços de guarda / derivação na impedância característica do traço.

A camada de energia encolhe 20H da camada de solo e H é a distância entre a camada de energia e a camada de solo.

6. A quais aspectos devemos prestar atenção ao projetar, rotear e fazer o layout de PCBs de alta frequência acima de 2G?

Os PCBs de alta frequência acima de 2G pertencem ao projeto de circuitos de radiofrequência e não estão dentro do escopo da discussão do projeto de circuito digital de alta velocidade. O layout e o roteamento do circuito de radiofrequência devem ser considerados juntamente com o esquema, pois o layout e o roteamento causarão efeitos de distribuição. Além disso, alguns dispositivos passivos no projeto de circuitos de radiofrequência são realizados por meio de definições parametrizadas e folhas de cobre de formato especial. Portanto, as ferramentas EDA são necessárias para fornecer dispositivos parametrizados e editar folhas de cobre com formato especial. A boardstation da Mentor possui um módulo de design de RF especial que pode atender a esses requisitos. Além disso, o projeto geral de RF requer ferramentas especializadas de análise de circuitos de RF. O mais famoso do setor é o eesoft da agilent, que possui uma boa interface com as ferramentas do Mentor.

7. Adicionar pontos de teste afetará a qualidade dos sinais de alta velocidade?

Se isso afetará a qualidade do sinal, depende do método de adição de pontos de teste e da velocidade do sinal. Basicamente, pontos de teste adicionais (não use a via existente ou o pino DIP como pontos de teste) podem ser adicionados à linha ou puxados uma linha curta da linha. O primeiro é equivalente a adicionar um pequeno capacitor na linha, o último é um ramal extra. Ambas as condições afetarão o sinal de alta velocidade mais ou menos, e a extensão do efeito está relacionada à velocidade da frequência do sinal e à taxa de borda do sinal. A magnitude do impacto pode ser conhecida por simulação. Em princípio, quanto menor o ponto de teste, melhor (é claro, ele deve atender aos requisitos da ferramenta de teste) quanto mais curto for o ramo, melhor.