1 Questions

S rozsiahlym nárastom zložitosti dizajnu a integrácie elektronických systémov sú rýchlosti hodín a časy nárastu zariadení stále rýchlejšie a rýchlejšie a vysokorýchlostná PCB dizajn sa stal dôležitou súčasťou procesu navrhovania. Pri konštrukcii vysokorýchlostných obvodov indukčnosť a kapacita na linke dosky plošných spojov robia vodič ekvivalentný prenosovej linke. Nesprávne rozloženie koncových komponentov alebo nesprávne zapojenie vysokorýchlostných signálov môže spôsobiť problémy s efektom prenosovej linky, čo má za následok nesprávny výstup dát zo systému, abnormálnu činnosť obvodu alebo dokonca žiadnu činnosť. Na základe modelu prenosového vedenia, aby sme to zhrnuli, prenosové vedenie prinesie nepriaznivé vplyvy, ako je odraz signálu, presluchy, elektromagnetické rušenie, napájanie a zemný šum do návrhu obvodu.

Aby bolo možné navrhnúť vysokorýchlostnú dosku plošných spojov, ktorá môže spoľahlivo fungovať, návrh musí byť úplne a starostlivo zvážený, aby sa vyriešili niektoré nespoľahlivé problémy, ktoré sa môžu vyskytnúť počas rozloženia a smerovania, skrátil sa cyklus vývoja produktu a zlepšila sa konkurencieschopnosť na trhu.

Ako používať návrhové nástroje PROTEL pre vysokorýchlostný návrh DPS

2 Návrh rozloženia vysokofrekvenčného systému

Pri návrhu PCB obvodu je rozloženie dôležitým článkom. Výsledok rozloženia priamo ovplyvní efekt zapojenia a spoľahlivosť systému, čo je na celom návrhu dosky plošných spojov najnáročnejšie a najnáročnejšie. Komplexné prostredie vysokofrekvenčných DPS sťažuje návrh rozloženia vysokofrekvenčného systému na využitie naučených teoretických vedomostí. Vyžaduje si to, aby osoba, ktorá kreslila, mala bohaté skúsenosti s vysokorýchlostnou výrobou PCB, aby sa predišlo obchádzkam v procese návrhu. Zlepšite spoľahlivosť a efektívnosť obvodovej práce. V procese usporiadania by sa mala venovať komplexná pozornosť mechanickej štruktúre, rozptylu tepla, elektromagnetickému rušeniu, pohodlnosti budúceho zapojenia a estetike.

Po prvé, pred rozložením je celý okruh rozdelený na funkcie. Vysokofrekvenčný obvod je oddelený od nízkofrekvenčného obvodu a analógový obvod a digitálny obvod sú oddelené. Každý funkčný obvod je umiestnený čo najbližšie k stredu čipu. Vyhnite sa oneskoreniu prenosu spôsobenému príliš dlhými vodičmi a zlepšite oddeľovací účinok kondenzátorov. Okrem toho dávajte pozor na vzájomné polohy a smery medzi kolíkmi a komponentmi obvodu a inými elektrónkami, aby ste znížili ich vzájomný vplyv. Všetky vysokofrekvenčné komponenty by mali byť ďaleko od šasi a iných kovových dosiek, aby sa znížilo parazitné spojenie.

Po druhé, pozornosť by sa mala venovať tepelným a elektromagnetickým účinkom medzi komponentmi počas rozloženia. Tieto účinky sú obzvlášť závažné pre vysokofrekvenčné systémy a mali by sa prijať opatrenia na udržanie alebo izoláciu tepla a štítu. Vysokovýkonná usmerňovacia trubica a nastavovacia trubica by mali byť vybavené žiaričom a mali by byť umiestnené mimo transformátora. Tepelne odolné súčiastky, ako sú elektrolytické kondenzátory, by sa mali držať ďalej od vykurovacích súčiastok, inak dôjde k vyschnutiu elektrolytu, čo bude mať za následok zvýšený odpor a slabý výkon, čo ovplyvní stabilitu obvodu. V usporiadaní by mal byť ponechaný dostatok miesta na usporiadanie ochrannej konštrukcie a zabránenie vnášania rôznych parazitných spojok. Aby sa zabránilo elektromagnetickej väzbe medzi cievkami na doske s plošnými spojmi, mali by byť dve cievky umiestnené v pravom uhle, aby sa znížil koeficient väzby. Môže sa použiť aj metóda vertikálnej izolácie platní. Najlepšie je priamo použiť vývod súčiastky, ktorá sa má pripájať k obvodu. Čím kratší náskok, tým lepšie. Nepoužívajte konektory a spájkovacie plôšky, pretože medzi susednými spájkovacími plôškami je rozložená kapacita a rozložená indukčnosť. Neumiestňujte vysokošumové komponenty okolo kryštálového oscilátora, RIN, analógového napätia a stôp signálu referenčného napätia.

Nakoniec, pri zabezpečení prirodzenej kvality a spoľahlivosti, pri zohľadnení celkovej krásy, by sa malo vykonať rozumné plánovanie dosky plošných spojov. Komponenty by mali byť rovnobežné alebo kolmé na povrch dosky a rovnobežné alebo kolmé na okraj hlavnej dosky. Rozloženie komponentov na povrchu dosky by malo byť čo najrovnomernejšie a hustota by mala byť konzistentná. Týmto spôsobom je nielen krásny, ale aj ľahko sa montuje a zvára a ľahko sa vyrába vo veľkom.

3 Zapojenie vysokofrekvenčného systému

Vo vysokofrekvenčných obvodoch nemožno ignorovať distribučné parametre odporu, kapacity, indukčnosti a vzájomnej indukčnosti spojovacích vodičov. Z hľadiska ochrany proti rušeniu je rozumné zapojenie pokúsiť sa znížiť odpor vedenia, rozloženú kapacitu a rozptylovú indukčnosť v obvode. , Výsledné rozptylové magnetické pole je znížené na minimum, takže je potlačená rozložená kapacita, zvodový magnetický tok, elektromagnetická vzájomná indukčnosť a iné rušenie spôsobené šumom.

Aplikácia dizajnových nástrojov PROTEL v Číne bola pomerne bežná. Mnohí dizajnéri sa však zameriavajú iba na „rýchlosť širokopásmového pripojenia“ a vylepšenia dizajnových nástrojov PROTEL na prispôsobenie sa zmenám charakteristík zariadenia neboli použité pri návrhu, čo nielenže spôsobuje, že plytvanie zdrojmi návrhových nástrojov je ešte viac vážne, čo sťažuje uvedenie vynikajúceho výkonu mnohých nových zariadení do hry.

Nasledujúci text predstavuje niektoré špeciálne funkcie, ktoré môže poskytnúť nástroj PROTEL99 SE.

(1) Vodič medzi kolíkmi zariadenia s vysokofrekvenčným obvodom by mal byť ohnutý čo najmenej. Najlepšie je použiť plnú priamku. Pri požiadavke ohýbania je možné použiť 45° ohyby alebo oblúky, ktoré môžu znížiť vonkajšie vyžarovanie vysokofrekvenčných signálov a vzájomné rušenie. Spojka medzi. Keď používate PROTEL na smerovanie, môžete vybrať 45 stupňov alebo zaoblené v časti „Routing Corners“ v ponuke „pravidla“ v ponuke „Design“. Na rýchle prepínanie medzi riadkami môžete použiť aj klávesy Shift + medzerník.

(2) Čím kratší je prívod medzi kolíkmi zariadenia s vysokofrekvenčným obvodom, tým lepšie.

PROTEL 99 Najefektívnejší spôsob, ako splniť najkratšiu kabeláž, je dohodnúť si termín elektroinštalácie pre jednotlivé kľúčové vysokorýchlostné siete pred automatickým zapojením. „Topológia smerovania“ v „pravidlách“ v ponuke „Návrh“.

Vyberte najkratšie.

(3) Striedanie olovených vrstiev medzi kolíkmi zariadení vysokofrekvenčných obvodov je čo najmenšie. To znamená, že čím menej priechodov sa použije v procese pripojenia komponentov, tým lepšie.

Jeden priechod môže priniesť približne 0.5 pF distribuovanej kapacity a zníženie počtu priechodov môže výrazne zvýšiť rýchlosť.

(4) Pri zapájaní vysokofrekvenčných obvodov dávajte pozor na „krížové rušenie“ spôsobené paralelným zapojením signálneho vedenia, to znamená presluchy. Ak je paralelná distribúcia nevyhnutná, veľká plocha „zeme“ môže byť usporiadaná na opačnej strane paralelného signálneho vedenia

Na výrazné zníženie rušenia. Paralelné vedenie v rovnakej vrstve je takmer nevyhnutné, ale v dvoch susedných vrstvách musí byť smer vedenia kolmý na seba. V PROTEL to nie je ťažké, ale je ľahké to prehliadnuť. V časti „RouTingLayers“ v „pravidlách“ ponuky „Design“ vyberte možnosť Horizontálne pre vrchnú vrstvu a zvislú pre spodnú vrstvu. Okrem toho je „Polygonplane“ poskytnutý v „mieste“

Funkcia povrchu polygonálnej mriežky z medenej fólie, ak umiestnite mnohouholník ako povrch celej dosky s plošnými spojmi a pripojíte túto meď k GND obvodu, môže to zlepšiť schopnosť vysokofrekvenčného rušenia , Má tiež väčšie výhody pre odvod tepla a pevnosť tlačovej dosky.

(5) Implementujte opatrenia na uzavretie uzemňovacieho vodiča pre obzvlášť dôležité signálne vedenia alebo miestne jednotky. „Označiť vybrané objekty“ je k dispozícii v „Nástrojoch“ a túto funkciu možno použiť na automatické „oblepenie zeme“ vybraných dôležitých signálnych vedení (ako sú oscilačné obvody LT a X1).

(6) Vo všeobecnosti sú elektrické vedenie a uzemňovacie vedenie obvodu širšie ako signálne vedenie. Na klasifikáciu siete, ktorá sa delí na silovú sieť a signálnu sieť, môžete použiť „Triedy“ v ponuke „Návrh“. Je vhodné nastaviť pravidlá zapojenia. Prepnite šírku elektrického vedenia a signálneho vedenia.

(7) Rôzne typy vedenia nemôžu tvoriť slučku a uzemňovací vodič nemôže tvoriť prúdovú slučku. Ak sa vytvorí slučkový obvod, spôsobí to veľké rušenie v systéme. Dá sa na to použiť metóda daisy chain elektroinštalácie, ktorá dokáže efektívne predísť tvorbe slučiek, konárov či pňov pri kabeláži, no prináša aj problém s neľahkým zapájaním.

(8) Podľa údajov a dizajnu rôznych čipov odhadnite prúd prechádzajúci obvodom napájania a určte požadovanú šírku vodiča. Podľa empirického vzorca: W (šírka čiary) ≥ L (mm/A) × I (A).

Podľa prúdu skúste zväčšiť šírku elektrického vedenia a znížiť odpor slučky. Zároveň zosúlaďte smer elektrického vedenia a uzemňovacieho vedenia so smerom prenosu dát, čo pomáha zvýšiť protihlukovú schopnosť. V prípade potreby je možné k elektrickému vedeniu a uzemňovaciemu vedeniu pridať vysokofrekvenčnú tlmivku vyrobenú z navinutého feritu z medeného drôtu, aby sa zablokovalo vedenie vysokofrekvenčného šumu.

(9) Šírka vedenia tej istej siete by mala zostať rovnaká. Zmeny šírky vedenia spôsobia nerovnomernú charakteristickú impedanciu vedenia. Pri vysokej prenosovej rýchlosti dôjde k odrazu, ktorému sa treba pri návrhu čo najviac vyhnúť. Zároveň zväčšite šírku čiar rovnobežných čiar. Keď stredová vzdialenosť čiary nepresahuje 3-násobok šírky čiary, 70% elektrického poľa možno udržať bez vzájomného rušenia, čo sa nazýva princíp 3W. Týmto spôsobom možno prekonať vplyv rozloženej kapacity a rozloženej indukčnosti spôsobený paralelnými vedeniami.

4 Dizajn napájacieho kábla a uzemňovacieho vodiča

Aby sa vyriešil úbytok napätia spôsobený šumom napájacieho zdroja a impedanciou vedenia zavedenou vysokofrekvenčným obvodom, musí sa plne zvážiť spoľahlivosť napájacieho systému vo vysokofrekvenčnom obvode. Vo všeobecnosti existujú dve riešenia: jedným je použitie technológie napájacej zbernice na zapojenie; druhým je použitie samostatnej napájacej vrstvy. V porovnaní s tým je jeho výrobný proces komplikovanejší a náklady sú drahšie. Preto je možné na zapojenie použiť technológiu sieťovej zbernice, takže každý komponent patrí do inej slučky a prúd na každej zbernici v sieti má tendenciu byť vyvážený, čím sa znižuje pokles napätia spôsobený impedanciou vedenia.

Vysokofrekvenčný prenosový výkon je relatívne veľký, môžete použiť veľkú plochu medi a v blízkosti nájdete nízkoodporovú uzemňovaciu rovinu pre viacnásobné uzemnenie. Pretože indukčnosť uzemňovacieho vodiča je úmerná frekvencii a dĺžke, spoločná zemná impedancia sa zvýši, keď je prevádzková frekvencia vysoká, čo zvýši elektromagnetické rušenie generované spoločnou zemnou impedanciou, takže dĺžka uzemňovacieho vodiča je musí byť čo najkratšie. Pokúste sa zmenšiť dĺžku signálneho vedenia a zväčšiť plochu uzemňovacej slučky.

Nastavte jeden alebo niekoľko vysokofrekvenčných oddeľovacích kondenzátorov na napájanie a uzemnenie čipu, aby ste poskytli blízky vysokofrekvenčný kanál pre prechodový prúd integrovaného čipu, aby prúd neprechádzal cez napájacie vedenie s veľkou slučkou oblasti, čím sa výrazne zníži hluk vyžarovaný smerom von. Ako oddeľovacie kondenzátory vyberte monolitické keramické kondenzátory s dobrými vysokofrekvenčnými signálmi. Na nabíjanie obvodov použite namiesto elektrolytických kondenzátorov veľkokapacitné tantalové kondenzátory alebo polyesterové kondenzátory ako akumulátory energie. Pretože rozložená indukčnosť elektrolytického kondenzátora je veľká, je neplatná pre vysokú frekvenciu. Pri použití elektrolytických kondenzátorov ich používajte v pároch s oddeľovacími kondenzátormi s dobrými vysokofrekvenčnými charakteristikami.

5 Ďalšie techniky návrhu vysokorýchlostných obvodov

Impedančné prispôsobenie sa vzťahuje na pracovný stav, v ktorom sa impedancia záťaže a vnútorná impedancia zdroja budenia navzájom prispôsobujú, aby sa dosiahol maximálny výstupný výkon. Pre vysokorýchlostné zapojenie PCB, aby sa zabránilo odrazu signálu, je potrebná impedancia obvodu 50 Ω. Toto je približný údaj. Vo všeobecnosti je stanovené, že základné pásmo koaxiálneho kábla je 50 Ω, frekvenčné pásmo je 75 Ω a krútený drôt je 100 Ω. Je to len celé číslo, aby sa uľahčilo porovnávanie. Podľa špecifickej analýzy obvodu sa používa paralelné ukončenie striedavého prúdu a ako ukončovacia impedancia sa používa sieť rezistorov a kondenzátorov. Zakončovací odpor R musí byť menší alebo rovný impedancii prenosového vedenia Z0 a kapacita C musí byť väčšia ako 100 pF. Odporúča sa použiť 0.1UF viacvrstvové keramické kondenzátory. Kondenzátor má funkciu blokovania nízkej frekvencie a prechodu vysokej frekvencie, takže odpor R nie je jednosmerným zaťažením budiaceho zdroja, takže tento spôsob ukončenia nemá žiadnu spotrebu jednosmerného prúdu.

Presluchy sa týkajú nežiaduceho rušenia napäťového šumu spôsobeného elektromagnetickým spojením so susednými prenosovými vedeniami, keď sa signál šíri prenosovým vedením. Spojka sa delí na kapacitnú a indukčnú. Nadmerné presluchy môžu spôsobiť nesprávne spustenie obvodu a spôsobiť, že systém nebude fungovať normálne. Podľa niektorých charakteristík presluchu možno zhrnúť niekoľko hlavných metód na zníženie presluchov:

(1) Zväčšite rozostup medzi čiarami, skráťte paralelnú dĺžku av prípade potreby použite na zapojenie krokový spôsob.

(2) Keď vysokorýchlostné signálové linky spĺňajú podmienky, pridaním prispôsobenia zakončenia sa môžu znížiť alebo eliminovať odrazy, čím sa zníži presluchy.

(3) Pre mikropáskové prenosové vedenia a páskové prenosové vedenia môže obmedzenie výšky stopy v rozsahu nad základnou rovinou výrazne znížiť presluchy.

(4) Keď to priestor zapojenia dovoľuje, vložte medzi dva vodiče uzemňovací vodič so závažnejšími presluchmi, ktoré môžu hrať úlohu pri izolácii a znížení presluchov.

Kvôli nedostatku vysokorýchlostnej analýzy a simulačného vedenia v tradičnom dizajne PCB nie je možné zaručiť kvalitu signálu a väčšinu problémov nemožno odhaliť až do testu výroby dosiek. To výrazne znižuje efektívnosť návrhu a zvyšuje náklady, čo je samozrejme nevýhodné v tvrdej konkurencii na trhu. Preto pre vysokorýchlostný návrh PCB ľudia v priemysle navrhli nový dizajnový nápad, ktorý sa stal metódou návrhu „zhora nadol“. Po rôznych politických analýzach a optimalizácii sa väčšine možných problémov predišlo a dosiahli sa veľké úspory. Čas na zabezpečenie dodržania rozpočtu projektu, výroby vysokokvalitných dosiek s plošnými spojmi a predchádzania zdĺhavým a nákladným chybám pri testovaní.

Použitie diferenciálnych vedení na prenos digitálnych signálov je účinným opatrením na kontrolu faktorov, ktoré ničia integritu signálu vo vysokorýchlostných digitálnych obvodoch. Diferenciálna linka na doske s plošnými spojmi je ekvivalentná diferenciálnej mikrovlnnej integrovanej prenosovej linke pracujúcej v kvázi-TEM režime. Medzi nimi je rozdielová čiara na hornej alebo spodnej strane PCB ekvivalentná spojenej mikropáskovej čiare a je umiestnená na vnútornej vrstve viacvrstvovej PCB. Digitálny signál sa prenáša na diferenciálnom vedení v nepárnom režime prenosu, to znamená, že fázový rozdiel medzi kladným a záporným signálom je 180° a šum je spojený s párom diferenciálnych vedení v spoločnom režime. Napätie alebo prúd obvodu sa odpočíta, takže možno získať signál na odstránenie šumu v spoločnom režime. Nízkonapäťový amplitúdový alebo prúdový výstup páru diferenciálneho vedenia spĺňa požiadavky vysokorýchlostnej integrácie a nízkej spotreby energie.

6 záverečné poznámky

S neustálym vývojom elektronických technológií je nevyhnutné porozumieť teórii integrity signálu, aby sme mohli usmerniť a overiť návrh vysokorýchlostných dosiek plošných spojov. Niektoré skúsenosti zhrnuté v tomto článku môžu pomôcť konštruktérom DPS s vysokorýchlostnými obvodmi skrátiť vývojový cyklus, vyhnúť sa zbytočným obchádzkam a ušetriť pracovné sily a materiálne zdroje. Dizajnéri musia pokračovať vo výskume a skúmaní v skutočnej práci, pokračovať v zhromažďovaní skúseností a kombinovať nové technológie na navrhovanie vysokorýchlostných dosiek plošných spojov s vynikajúcim výkonom.