V súčasnosti vysokofrekvenčné a vysokorýchlostná PCB dizajn sa stal hlavným prúdom a každý inžinier PCB Layout by mal byť zručný. Ďalej sa s vami Banermei podelí o niektoré skúsenosti s návrhom hardvérových odborníkov na vysokofrekvenčné a vysokorýchlostné obvody PCB a dúfam, že to bude užitočné pre každého.

1. Ako sa vyhnúť vysokofrekvenčnému rušeniu?

Základnou myšlienkou, ako sa vyhnúť vysokofrekvenčnému rušeniu, je minimalizovať rušenie elektromagnetického poľa vysokofrekvenčných signálov, čo je takzvaný presluch (Crosstalk). Môžete zväčšiť vzdialenosť medzi vysokorýchlostným signálom a analógovým signálom alebo pridať k analógovému signálu stopy pozemnej ochrany/prechodu. Venujte pozornosť aj rušeniu šumom z digitálnej zeme na analógovú zem.

2. Ako zvážiť impedančné prispôsobenie pri navrhovaní schém návrhu vysokorýchlostných dosiek plošných spojov?

Pri návrhu vysokorýchlostných obvodov PCB je impedančné prispôsobenie jedným z konštrukčných prvkov. Hodnota impedancie má absolútny vzťah k spôsobu zapojenia, ako je chôdza po povrchovej vrstve (mikropáska) alebo vnútornej vrstve (pásik/dvojitý pásik), vzdialenosť od referenčnej vrstvy (napájacia vrstva alebo zemná vrstva), šírka vodiča, materiál PCB , atď. Obidve ovplyvnia charakteristickú hodnotu impedancie stopy. To znamená, že hodnotu impedancie je možné určiť až po zapojení. Simulačný softvér vo všeobecnosti nemôže brať do úvahy niektoré stavy zapojenia s nespojitou impedanciou v dôsledku obmedzení modelu obvodu alebo použitého matematického algoritmu. V tomto čase môžu byť na schematickom diagrame vyhradené iba niektoré terminátory (ukončenia), ako napríklad sériový odpor. Zmiernite efekt diskontinuity v stopovej impedancii. Skutočným riešením problému je pokúsiť sa vyhnúť nespojitosti impedancie pri zapájaní.

3. Ktoré aspekty by mal dizajnér zvážiť pri návrhu vysokorýchlostnej dosky plošných spojov EMC a EMI?

Vo všeobecnosti musí návrh EMI/EMC brať do úvahy vyžarované aj vodivé aspekty súčasne. Prvý patrí do vyššej frekvenčnej časti (<30MHz) a druhý je do nižšej frekvenčnej časti (<30MHz). Nemôžete teda venovať pozornosť iba vysokej frekvencii a ignorovať nízkofrekvenčnú časť. Dobrý návrh EMI/EMC musí na začiatku rozloženia zohľadňovať umiestnenie zariadenia, usporiadanie dosky plošných spojov, dôležitý spôsob pripojenia, výber zariadenia atď. Ak nie je vopred dohodnuté lepšie, bude sa to riešiť dodatočne. Dosiahne dvojnásobný výsledok s polovičným úsilím a zvýši náklady. Napríklad umiestnenie generátora hodín by nemalo byť blízko externého konektora. Vysokorýchlostné signály by mali ísť čo najviac do vnútornej vrstvy. Dávajte pozor na charakteristické impedančné prispôsobenie a kontinuitu referenčnej vrstvy, aby ste znížili odrazy. Rýchlosť otáčania signálu tlačeného zariadením by mala byť čo najmenšia, aby sa znížila výška. Frekvenčné komponenty pri výbere oddeľovacieho/bypassového kondenzátora venujte pozornosť tomu, či jeho frekvenčná charakteristika spĺňa požiadavky na zníženie hluku na výkonovej rovine. Okrem toho dávajte pozor na spätnú cestu prúdu vysokofrekvenčného signálu, aby bola oblasť slučky čo najmenšia (čiže impedancia slučky čo najmenšia), aby sa znížilo vyžarovanie. Zem môže byť tiež rozdelená na ovládanie rozsahu vysokofrekvenčného hluku. Nakoniec správne vyberte uzemnenie šasi medzi DPS a krytom.

4. Ako si vybrať dosku PCB?

Výber dosky plošných spojov musí nájsť rovnováhu medzi splnením požiadaviek na dizajn a hromadnou výrobou a nákladmi. Konštrukčné požiadavky zahŕňajú elektrické aj mechanické časti. Zvyčajne je tento materiálový problém dôležitejší pri navrhovaní dosiek plošných spojov s veľmi vysokou rýchlosťou (frekvencia vyššia ako GHz). Napríklad bežne používaný materiál FR-4, dielektrická strata pri frekvencii niekoľkých GHz bude mať veľký vplyv na útlm signálu a nemusí byť vhodná. Čo sa týka elektriny, dbajte na to, či dielektrická konštanta a dielektrická strata sú vhodné pre navrhovanú frekvenciu.

5. Ako čo najviac splniť požiadavky EMC bez toho, aby to spôsobilo príliš veľký tlak na náklady?

Zvýšené náklady na dosku PCB v dôsledku EMC sú zvyčajne spôsobené zvýšením počtu zemných vrstiev na zvýšenie efektu tienenia a pridaním feritových guľôčok, tlmivky a iných zariadení na potlačenie vysokofrekvenčných harmonických. Okrem toho je zvyčajne potrebné zladiť štruktúru tienenia na iných inštitúciách, aby celý systém spĺňal požiadavky EMC. Nasleduje iba niekoľko techník návrhu dosky plošných spojov na zníženie účinku elektromagnetického žiarenia generovaného obvodom.

Pokúste sa vybrať zariadenie s pomalšou rýchlosťou prenosu signálu, aby ste znížili vysokofrekvenčné zložky generované signálom.

Dávajte pozor na umiestnenie vysokofrekvenčných komponentov, nie príliš blízko k externému konektoru.

Venujte pozornosť impedančnému prispôsobeniu vysokorýchlostných signálov, vrstve vedenia a jeho spätnému prúdu, aby ste znížili vysokofrekvenčný odraz a žiarenie.

Umiestnite dostatočné a vhodné oddeľovacie kondenzátory na napájacie kolíky každého zariadenia, aby ste zmiernili šum na napájacej rovine a základnej rovine. Venujte zvláštnu pozornosť tomu, či frekvenčná odozva a teplotné charakteristiky kondenzátora spĺňajú konštrukčné požiadavky.

Uzemnenie v blízkosti externého konektora môže byť správne oddelené od zeme a uzemnenie konektora môže byť pripojené k uzemneniu šasi v blízkosti.

Vedľa niektorých špeciálnych vysokorýchlostných signálov je možné vhodne použiť pozemné ochranné/bočné stopy. Dávajte však pozor na vplyv ochranných/bočných stôp na charakteristickú impedanciu stopy.

Výkonová vrstva sa zmenší o 20H od základnej vrstvy a H je vzdialenosť medzi výkonovou vrstvou a základnou vrstvou.

6. Akým aspektom treba venovať pozornosť pri navrhovaní, smerovaní a rozmiestnení vysokofrekvenčných DPS nad 2G?

Vysokofrekvenčné dosky plošných spojov nad 2G patria do konštrukcie vysokofrekvenčných obvodov a nie sú predmetom diskusie o návrhu vysokorýchlostných digitálnych obvodov. Usporiadanie a smerovanie vysokofrekvenčného obvodu by sa malo zvážiť spolu so schémou, pretože usporiadanie a smerovanie spôsobí distribučné účinky. Navyše niektoré pasívne zariadenia v dizajne rádiofrekvenčných obvodov sú realizované prostredníctvom parametrizovaných definícií a špeciálne tvarovaných medených fólií. Preto sú potrebné nástroje EDA na poskytovanie parametrizovaných zariadení a úpravu medených fólií špeciálneho tvaru. Boardstation Mentor má špeciálny modul RF dizajnu, ktorý dokáže splniť tieto požiadavky. Okrem toho všeobecný RF dizajn vyžaduje špecializované nástroje na analýzu RF obvodov. Najznámejší v tomto odvetví je eesoft od spoločnosti agilent, ktorý má dobré rozhranie s nástrojmi Mentora.

7. Ovplyvní pridanie testovacích bodov kvalitu vysokorýchlostných signálov?

Či to ovplyvní kvalitu signálu, závisí od spôsobu pridávania testovacích bodov a od rýchlosti signálu. V zásade môžu byť k linke pridané ďalšie testovacie body (nepoužívajte existujúci prepojovací alebo DIP kolík ako testovacie body) alebo vytiahnutím krátkej linky z linky. Prvý sa rovná pridaniu malého kondenzátora na linku, druhý je ďalšou vetvou. Obe tieto podmienky viac alebo menej ovplyvnia vysokorýchlostný signál a rozsah vplyvu súvisí s frekvenčnou rýchlosťou signálu a okrajovou rýchlosťou signálu. Veľkosť dopadu je možné zistiť pomocou simulácie. V zásade platí, že čím menší testovací bod, tým lepšie (samozrejme, musí spĺňať požiadavky testovacieho nástroja) čím kratšia vetva, tým lepšie.