В настоящее время высокочастотные и высокоскоростная печатная плата Дизайн стал мейнстримом, и каждый инженер по компоновке печатных плат должен быть профессионалом. Затем Банермей поделится с вами опытом проектирования высокочастотных и высокоскоростных печатных плат, накопленным экспертами по аппаратному обеспечению, и я надеюсь, что это будет полезно для всех.

1. Как избежать высокочастотных помех?

Основная идея предотвращения высокочастотных помех состоит в том, чтобы минимизировать помехи электромагнитного поля высокочастотных сигналов, которые являются так называемыми перекрестными помехами (Crosstalk). Вы можете увеличить расстояние между высокоскоростным сигналом и аналоговым сигналом или добавить заземляющие / шунтирующие дорожки рядом с аналоговым сигналом. Также обратите внимание на шумовые помехи от цифрового заземления к аналоговому заземлению.

2. Как учесть согласование импеданса при разработке проектных схем высокоскоростной печатной платы?

При разработке высокоскоростных цепей на печатной плате согласование импеданса является одним из элементов конструкции. Значение импеданса имеет абсолютную взаимосвязь с методом разводки, таким как ходьба по поверхностному слою (микрополосковая линия) или внутреннему слою (полосковая / двойная полосковая линия), расстоянием от опорного слоя (слой питания или слой заземления), шириной разводки, материалом печатной платы. и т.д. Оба будут влиять на значение характеристического импеданса кривой. То есть значение импеданса можно определить только после подключения. Как правило, программное обеспечение для моделирования не может учесть некоторые условия подключения с разрывным сопротивлением из-за ограничений модели цепи или используемого математического алгоритма. В настоящее время на принципиальной схеме можно зарезервировать только некоторые терминаторы (терминаторы), такие как последовательное сопротивление. Устранение эффекта прерывания импеданса трассы. Настоящее решение проблемы – избегать разрывов импеданса при подключении.

3. Какие аспекты следует учитывать при проектировании высокоскоростных печатных плат, правила EMC и EMI?

Как правило, при проектировании EMI / EMC необходимо одновременно учитывать как излучаемые, так и кондуктивные аспекты. Первый относится к более высокочастотной части (<30 МГц), а второй – к более низкочастотной части (<30 МГц). Таким образом, вы не можете просто обращать внимание на высокие частоты и игнорировать низкочастотную часть. Хороший дизайн EMI / EMC должен учитывать расположение устройства, расположение стека печатных плат, важный метод подключения, выбор устройства и т. Д. В начале схемы. Если заранее не будет лучшей договоренности, она будет решена позже. Это даст вдвое больший результат с половиной усилий и увеличит стоимость. Например, расположение тактового генератора не должно быть близко к внешнему разъему. Высокоскоростные сигналы должны как можно больше попадать на внутренний слой. Обратите внимание на согласование характеристического импеданса и целостность опорного слоя, чтобы уменьшить отражения. Скорость нарастания сигнала, выдаваемого устройством, должна быть как можно меньше, чтобы уменьшить высоту. Частотные составляющие при выборе развязывающего / байпасного конденсатора обратите внимание на то, соответствует ли его частотная характеристика требованиям по снижению шума в плоскости питания. Кроме того, обратите внимание на обратный путь тока высокочастотного сигнала, чтобы площадь контура была как можно меньше (то есть как можно меньше импеданс контура), чтобы уменьшить излучение. Заземление также можно разделить, чтобы контролировать диапазон высокочастотного шума. Наконец, правильно выберите заземление шасси между печатной платой и корпусом.

4. Как выбрать плату PCB?

Выбор печатной платы должен обеспечивать баланс между соответствием требованиям дизайна, массовым производством и стоимостью. Требования к конструкции включают как электрические, так и механические части. Обычно эта материальная проблема более важна при разработке высокоскоростных печатных плат (частота выше ГГц). Например, обычно используемый материал FR-4, диэлектрические потери на частоте в несколько ГГц будет иметь большое влияние на затухание сигнала и может не подходить. Что касается электричества, обратите внимание на то, подходят ли диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери для расчетной частоты.

5. Как максимально соответствовать требованиям ЭМС, не вызывая слишком большого ценового давления?

Повышенная стоимость печатной платы из-за электромагнитной совместимости обычно связана с увеличением количества слоев заземления для усиления эффекта экранирования и добавлением ферритовых шайб, дросселей и других устройств подавления высокочастотных гармоник. Кроме того, обычно необходимо согласовать структуру экранирования в других учреждениях, чтобы вся система соответствовала требованиям ЭМС. Ниже представлены только несколько методов проектирования печатных плат для уменьшения эффекта электромагнитного излучения, создаваемого схемой.

Попробуйте выбрать устройство с более медленной скоростью нарастания сигнала, чтобы уменьшить высокочастотные составляющие, генерируемые сигналом.

Обратите внимание на размещение высокочастотных компонентов, не слишком близко к внешнему разъему.

Обратите внимание на согласование импеданса высокоскоростных сигналов, слоя проводки и пути обратного тока, чтобы уменьшить высокочастотное отражение и излучение.

Разместите достаточное количество подходящих развязывающих конденсаторов на выводах источника питания каждого устройства, чтобы уменьшить шум на плоскости питания и заземлении. Обратите особое внимание на то, соответствуют ли частотная характеристика и температурные характеристики конденсатора проектным требованиям.

Заземление возле внешнего разъема может быть должным образом отделено от земли, а заземление разъема может быть соединено с землей шасси поблизости.

Следы заземления / шунта могут быть надлежащим образом использованы вместе с некоторыми специальными высокоскоростными сигналами. Но обратите внимание на влияние дорожек защиты / шунта на характеристический импеданс дорожки.

Слой мощности сжимается на 20H от слоя земли, а H – это расстояние между слоем мощности и слоем земли.

6. На какие аспекты следует обратить внимание при проектировании, разводке и компоновке высокочастотной печатной платы выше 2G?

Высокочастотные печатные платы выше 2G относятся к конструкции радиочастотных схем и не входят в сферу обсуждения конструкции высокоскоростных цифровых схем. Компоновку и маршрутизацию радиочастотной цепи следует рассматривать вместе со схемой, потому что компоновка и маршрутизация вызовут эффекты распределения. Более того, некоторые пассивные устройства в конструкции радиочастотных цепей реализованы с помощью параметризованных определений и медной фольги специальной формы. Следовательно, инструменты EDA необходимы для создания параметризованных устройств и редактирования медной фольги специальной формы. Boardstation Mentor имеет специальный модуль RF Design, который может удовлетворить эти требования. Более того, общая конструкция ВЧ требует специальных инструментов анализа цепей ВЧ. Самым известным в отрасли является eesoft от Agilent, у которого хороший интерфейс с инструментами Mentor.

7. Повлияет ли добавление контрольных точек на качество высокоскоростных сигналов?

Повлияет ли это на качество сигнала, зависит от метода добавления контрольных точек и скорости сигнала. В принципе, дополнительные контрольные точки (не используйте существующие переходные отверстия или DIP-контакт в качестве контрольных точек) могут быть добавлены к линии или вытянуты из линии короткой линией. Первое эквивалентно добавлению небольшого конденсатора в линию, второе – дополнительной ветви. Оба эти условия будут влиять на высокоскоростной сигнал в большей или меньшей степени, и степень эффекта связана с частотной скоростью сигнала и скоростью фронта сигнала. Величину удара можно узнать с помощью моделирования. В принципе, чем меньше контрольная точка, тем лучше (конечно, она должна соответствовать требованиям тестового инструмента), чем короче ветвь, тем лучше.