Trenutno so visokofrekvenčni in hitra PCB oblikovanje je postalo mainstream in vsak inženir postavitve PCB bi moral biti usposobljen. Nato bo Banermei z vami delil nekaj oblikovalskih izkušenj strokovnjakov za strojno opremo v visokofrekvenčnih in hitrih PCB vezjih in upam, da bo vsem v pomoč.

1. Kako se izogniti visokofrekvenčnim motnjam?

Osnovna ideja izogibanja visokofrekvenčnim motnjam je zmanjševanje motenj elektromagnetnega polja visokofrekvenčnih signalov, kar je tako imenovano preslušavanje (Crosstalk). Povečate lahko razdaljo med hitrim signalom in analognim signalom ali pa poleg analognega signala dodate sledi ozemljitvene zaščite/ranžiranja. Pozorni bodite tudi na šumne motnje od digitalne ozemljitve do analogne ozemljitve.

2. Kako upoštevati ujemanje impedance pri načrtovanju shem za načrtovanje visokohitrostnih PCB?

Pri načrtovanju visokohitrostnih PCB vezij je ujemanje impedance eden od elementov oblikovanja. Vrednost impedance je absolutno povezana z metodo ožičenja, kot je hoja po površinskem sloju (mikrotrak) ali notranji sloj (trakasti/dvojni trak), oddaljenost od referenčne plasti (napajalni sloj ali ozemljitveni sloj), širina ožičenja, material PCB , itd. Oboje bo vplivalo na vrednost karakteristične impedance sledi. Se pravi, vrednost impedance je mogoče določiti šele po ožičenju. Na splošno simulacijska programska oprema ne more upoštevati nekaterih pogojev ožičenja z diskontinuirano impedanco zaradi omejitve modela vezja ali uporabljenega matematičnega algoritma. Trenutno so na shematskem diagramu lahko rezervirani le nekateri terminatorji (prekinitve), kot je serijski upor. Omilite učinek diskontinuitete v impedanci sledov. Prava rešitev problema je, da se pri ožičenju poskušate izogniti prekinitev impedance.

3. Katere vidike naj oblikovalec upošteva pri načrtovanju visokohitrostnih PCB?

Na splošno mora zasnova EMI/EMC upoštevati tako sevane kot tudi prevedene vidike hkrati. Prvi spada v del z višjo frekvenco (<30MHz), drugi pa z nižjo frekvenco (<30MHz). Torej ne morete biti pozorni samo na visoko frekvenco in prezreti nizkofrekvenčni del. Dobra zasnova EMI/EMC mora upoštevati lokacijo naprave, razporeditev skladov PCB, pomemben način povezave, izbiro naprave itd. na začetku postavitve. Če vnaprej ne bo boljšega dogovora, se bo to rešilo naknadno. S polovico truda bo naredil dvakrat večji rezultat in povečal stroške. Na primer, lokacija generatorja ure ne sme biti blizu zunanjega priključka. Hitri signali naj gredo v notranjo plast, kolikor je mogoče. Bodite pozorni na ujemanje značilne impedance in kontinuiteto referenčne plasti, da zmanjšate odboje. Stopnja vrtenja signala, ki ga potisne naprava, mora biti čim manjša, da se zmanjša višina. Pri frekvenčnih komponentah pri izbiri kondenzatorja za ločitev/bypass bodite pozorni na to, ali njegov frekvenčni odziv ustreza zahtevam za zmanjšanje hrupa na napajalni ravnini. Poleg tega bodite pozorni na povratno pot visokofrekvenčnega signalnega toka, da je območje zanke čim manjše (to je čim manjša impedanca zanke), da zmanjšate sevanje. Tla lahko razdelimo tudi za nadzor razpona visokofrekvenčnega hrupa. Na koncu pravilno izberite ozemljitev ohišja med tiskanim vezjem in ohišjem.

4. Kako izbrati PCB ploščo?

Izbira plošče PCB mora doseči ravnovesje med izpolnjevanjem zahtev glede oblikovanja ter množično proizvodnjo in stroški. Projektne zahteve vključujejo tako električne kot mehanske dele. Običajno je ta problem materiala pomembnejši pri načrtovanju zelo hitrih PCB plošč (frekvenca večja od GHz). Na primer, pri običajno uporabljenem materialu FR-4 bo dielektrična izguba pri frekvenci nekaj GHz močno vplivala na slabljenje signala in morda ne bo primerna. Kar zadeva elektriko, bodite pozorni na to, ali sta dielektrična konstanta in dielektrična izguba primerna za predvideno frekvenco.

5. Kako čim bolj izpolniti zahteve EMC, ne da bi pri tem povzročil prevelik stroškovni pritisk?

Povečani stroški PCB plošče zaradi EMC so običajno posledica povečanja števila ozemljitvenih slojev za povečanje zaščitnega učinka in dodajanja feritnih kroglic, dušilke in drugih visokofrekvenčnih naprav za dušenje harmonikov. Poleg tega je običajno treba uskladiti zaščitno strukturo na drugih institucijah, da celoten sistem ustreza zahtevam EMC. Naslednje ponuja le nekaj tehnik načrtovanja plošč PCB za zmanjšanje učinka elektromagnetnega sevanja, ki ga povzroča vezje.

Poskusite izbrati napravo s počasnejšo stopnjo upočasnitve signala, da zmanjšate visokofrekvenčne komponente, ki jih ustvarja signal.

Bodite pozorni na namestitev visokofrekvenčnih komponent, ne preblizu zunanjega priključka.

Bodite pozorni na ujemanje impedance hitrih signalov, plasti ožičenja in njene poti povratnega toka, da zmanjšate visokofrekvenčni odboj in sevanje.

Postavite zadostne in ustrezne ločilne kondenzatorje na napajalne nožice vsake naprave, da ublažite hrup na napajalni in ozemljitveni ravnini. Bodite posebno pozorni na to, ali frekvenčni odziv in temperaturne značilnosti kondenzatorja ustrezajo konstrukcijskim zahtevam.

Ozemljitev v bližini zunanjega priključka je mogoče pravilno ločiti od tal, ozemljitev konektorja pa lahko povežete z ozemljitvijo šasije v bližini.

Sledi zemeljske zaščite/ranžiranja se lahko ustrezno uporabijo poleg nekaterih posebnih signalov za visoke hitrosti. Vendar bodite pozorni na vpliv zaščitnih/shuntskih sledi na karakteristično impedanco sledi.

Napajalni sloj se skrči za 20H od prizemnega sloja, H pa je razdalja med napajalnim slojem in plastjo tal.

6. Na katere vidike je treba biti pozoren pri načrtovanju, usmerjanju in postavitvi visokofrekvenčnega tiskanega vezja nad 2G?

Visokofrekvenčne tiskane vezje nad 2G spadajo v načrtovanje radiofrekvenčnih vezij in niso v obsegu razprave o načrtovanju digitalnih vezij za visoke hitrosti. Postavitev in usmerjanje radiofrekvenčnega vezja je treba upoštevati skupaj s shemo, ker bosta postavitev in usmerjanje povzročila distribucijske učinke. Poleg tega so nekatere pasivne naprave pri načrtovanju radiofrekvenčnih vezij realizirane s parametriziranimi definicijami in posebno oblikovanimi bakrenimi folijami. Zato so potrebna orodja EDA za zagotavljanje parametriziranih naprav in urejanje bakrenih folij posebne oblike. Mentorjeva boardstation ima poseben modul za načrtovanje RF, ki lahko izpolni te zahteve. Poleg tega splošna zasnova RF zahteva specializirana orodja za analizo RF vezij. Najbolj znan v panogi je agilentov eesoft, ki ima dober vmesnik z Mentorjevimi orodji.

7. Ali bo dodajanje testnih točk vplivalo na kakovost hitrih signalov?

Ali bo to vplivalo na kakovost signala, je odvisno od načina dodajanja testnih točk in hitrosti signala. V bistvu se lahko črti dodajo dodatne preskusne točke (ne uporabljajte obstoječega vmesnega ali DIP zatiča kot testne točke) ali potegnete kratko črto iz črte. Prvi je enakovreden dodajanju majhnega kondenzatorja na linijo, drugi pa je dodatna veja. Oba pogoja bosta bolj ali manj vplivala na hitri signal, obseg učinka pa je povezan s frekvenčno hitrostjo signala in robno hitrostjo signala. Velikost vpliva je mogoče spoznati s simulacijo. Načeloma je manjša kot je testna točka, bolje (seveda mora izpolnjevati zahteve testnega orodja), krajša je veja, tem bolje.