1 vprašanja

Z obsežnim povečanjem kompleksnosti načrtovanja in integracijo elektronskih sistemov so hitrosti in časi naraščanja naprav vse hitrejši in hitrejši. hitra PCB oblikovanje je postalo pomemben del procesa oblikovanja. Pri načrtovanju vezja za visoke hitrosti induktivnost in kapacitivnost na liniji tiskanega vezja naredita žico enakovredna prenosnemu vodu. Nepravilna razporeditev zaključnih komponent ali napačno ožičenje hitrih signalov lahko povzroči težave z učinki daljnovoda, kar ima za posledico napačen izhod podatkov iz sistema, nenormalno delovanje vezja ali celo brez delovanja. Na podlagi modela daljnovoda, če povzamemo, bo daljnovod prinesel škodljive učinke, kot so odboj signala, preslušavanje, elektromagnetne motnje, napajanje in ozemljitveni šum na zasnovo vezja.

Za načrtovanje visokohitrostnega tiskanega vezja, ki lahko deluje zanesljivo, je treba načrt v celoti in skrbno pretehtati, da se rešijo nekatere nezanesljive težave, ki se lahko pojavijo med razporeditvijo in usmerjanjem, skrajšajo razvojni cikel izdelka in izboljšajo konkurenčnost na trgu.

Kako uporabljati orodja za načrtovanje PROTEL za hitro načrtovanje PCB

2 Zasnova postavitve visokofrekvenčnega sistema

Pri načrtovanju PCB vezja je postavitev pomembna povezava. Rezultat postavitve bo neposredno vplival na učinek ožičenja in zanesljivost sistema, kar je najbolj zamudno in težko pri celotni zasnovi tiskanega vezja. Zaradi zapletenega okolja visokofrekvenčnega tiskanega vezja je načrtovanje postavitve visokofrekvenčnega sistema težko uporabiti naučeno teoretično znanje. Zahteva, da mora imeti oseba, ki postavlja, bogate izkušnje s proizvodnjo visokohitrostnih PCB, da bi se izognili obvozom v procesu načrtovanja. Izboljšajte zanesljivost in učinkovitost vezja. V procesu postavitve je treba celovito upoštevati mehansko strukturo, odvajanje toplote, elektromagnetne motnje, priročnost prihodnjega ožičenja in estetiko.

Najprej je pred postavitvijo celotno vezje razdeljeno na funkcije. Visokofrekvenčno vezje je ločeno od nizkofrekvenčnega vezja, analogno in digitalno vezje pa sta ločena. Vsako funkcionalno vezje je nameščeno čim bližje središču čipa. Izogibajte se zamudam pri prenosu, ki jih povzročajo predolge žice, in izboljšajte učinek ločevanja kondenzatorjev. Poleg tega bodite pozorni na relativne položaje in smeri med nožicami in komponentami vezja ter drugimi cevmi, da zmanjšate njihov medsebojni vpliv. Vse visokofrekvenčne komponente morajo biti daleč od ohišja in drugih kovinskih plošč, da se zmanjša parazitska povezava.

Drugič, pozornost je treba nameniti toplotnim in elektromagnetnim učinkom med komponentami med postavitvijo. Ti učinki so še posebej resni za visokofrekvenčne sisteme, zato je treba sprejeti ukrepe za preprečevanje ali izolacijo, toploto in zaščito. Visoko zmogljiva usmerniška cev in nastavitvena cev morata biti opremljena z radiatorjem in ločena od transformatorja. Toplotno odporne komponente, kot so elektrolitski kondenzatorji, je treba hraniti stran od grelnih komponent, sicer se bo elektrolit izsušil, kar bo povzročilo povečano odpornost in slabo delovanje, kar bo vplivalo na stabilnost vezja. V postavitvi je treba pustiti dovolj prostora za ureditev zaščitne konstrukcije in preprečitev vnosa različnih parazitskih spojk. Za preprečitev elektromagnetne povezave med tuljavami na tiskanem vezju je treba obe tuljavi postaviti pod pravim kotom, da se zmanjša koeficient sklopke. Uporabimo lahko tudi metodo vertikalne ploščne izolacije. Najbolje je, da neposredno uporabite vodnik komponente, ki jo želite spajkati v vezje. Čim krajša je prednost, tem bolje. Ne uporabljajte konektorjev in jezičkov za spajkanje, ker sta med sosednjimi spajkalni jezički porazdeljena kapacitivnost in porazdeljena induktivnost. Izogibajte se postavljanju komponent z visokim šumom okoli kristalnega oscilatorja, RIN, analogne napetosti in signalnih sledi referenčne napetosti.

Končno, ob zagotavljanju lastne kakovosti in zanesljivosti ter ob upoštevanju splošne lepote je treba izvesti razumno načrtovanje tiskanega vezja. Komponente morajo biti vzporedne ali pravokotne na površino plošče ter vzporedne ali pravokotne na rob glavne plošče. Razporeditev komponent na površini plošče mora biti čim bolj enakomerna, gostota pa mora biti dosledna. Na ta način ni le lepa, ampak tudi enostavna za montažo in varjenje ter enostavna za množično proizvodnjo.

3 Ožičenje visokofrekvenčnega sistema

V visokofrekvenčnih vezjih ni mogoče prezreti porazdelitvenih parametrov upora, kapacitivnosti, induktivnosti in medsebojne induktivnosti povezovalnih žic. Z vidika preprečevanja motenj je razumno ožičenje poskusiti zmanjšati upor linije, porazdeljeno kapacitivnost in potepu induktivnost v vezju. , Nastalo potepuško magnetno polje se zmanjša na minimum, tako da se porazdeljena kapacitivnost, uhajajoči magnetni tok, medsebojna elektromagnetna induktivnost in druge motnje, ki jih povzroča šum, zmanjšajo.

Uporaba orodij za načrtovanje PROTEL na Kitajskem je bila precej pogosta. Vendar pa se mnogi oblikovalci osredotočajo le na »širokopasovno hitrost«, izboljšave, ki so jih oblikovala orodja PROTEL za prilagajanje spremembam značilnosti naprave, pa niso uporabili pri načrtovanju, zaradi česar je izguba sredstev orodja za načrtovanje večja. resno, kar otežuje odlično delovanje številnih novih naprav.

V nadaljevanju so predstavljene nekatere posebne funkcije, ki jih lahko zagotovi orodje PROTEL99 SE.

(1) Vod med zatiči visokofrekvenčnega vezja naj bo čim manj upognjen. Najbolje je, da uporabite celotno ravno črto. Kadar je potrebno upogibanje, se lahko uporabijo 45° krivine ali loki, ki lahko zmanjšajo zunanjo emisijo visokofrekvenčnih signalov in medsebojne motnje. Spoj med. Ko uporabljate PROTEL za usmerjanje, lahko izberete 45 stopinj ali zaokroženo v “Routing Corners” v meniju “pravila” v meniju “Design”. Za hitro preklapljanje med vrsticami lahko uporabite tudi tipki Shift + preslednica.

(2) Krajši kot je vodnik med zatiči visokofrekvenčne naprave, tem bolje.

PROTEL 99 Najučinkovitejši način za doseganje najkrajšega ožičenja je, da se pred avtomatskim ožičenjem dogovorite za sestanek za ožičenje za posamezna ključna omrežja visoke hitrosti. “Topologija usmerjanja” v “pravilih” v meniju “Oblikovanje”.

Izberite najkrajšo.

(3) Menjava slojev svinca med zatiči visokofrekvenčnih naprav je čim manjša. To pomeni, da manj vmesnih prehodov se uporablja v procesu povezovanja komponent, tem bolje.

En prehod lahko prinese približno 0.5 pF porazdeljene kapacitivnosti, zmanjšanje števila prehodov pa lahko znatno poveča hitrost.

(4) Pri ožičenju visokofrekvenčnega tokokroga bodite pozorni na “navzkrižne motnje”, ki jih povzroča vzporedno ožičenje signalne linije, to je preslušavanje. Če je vzporedna porazdelitev neizogibna, se lahko na nasprotni strani vzporedne signalne črte razporedi veliko območje »zemlja«

Za močno zmanjšanje motenj. Vzporedno ožičenje v isti plasti je skoraj neizogibno, v dveh sosednjih slojih pa mora biti smer ožičenja pravokotna drug na drugega. To v PROTEL-u ni težko narediti, je pa enostavno spregledati. V “RouTingLayers” v meniju “Design” “pravila” izberite Horizontal za Toplayer in VerTIcal za BottomLayer. Poleg tega je “Polygonplane” na voljo na “place”

Funkcija površine bakrene folije poligonalne mreže, če poligon postavite kot površino celotnega tiskanega vezja in ta baker povežete z GND vezja, lahko izboljša visokofrekvenčno sposobnost preprečevanja motenj, ima tudi večje koristi za odvajanje toplote in trdnost tiskalne plošče.

(5) Izvedite ukrepe za oklepanje ozemljitvenih žic za posebej pomembne signalne vodove ali lokalne enote. »Oris izbranih predmetov« je na voljo v »Orodja«, s to funkcijo pa lahko samodejno »zavijete zemljo« izbranih pomembnih signalnih linij (kot sta nihajno vezje LT in X1).

(6) Na splošno sta napajalni in ozemljitveni vod vezja širša od signalne linije. Za razvrstitev omrežja, ki je razdeljeno na električno omrežje in signalno omrežje, lahko uporabite »Razredi« v meniju »Oblikovanje«. Priročno je nastaviti pravila ožičenja. Preklopite širino daljnovoda in signalne linije.

(7) Različne vrste ožičenja ne morejo tvoriti zanke, ozemljitvena žica pa ne more tvoriti tokovne zanke. Če se ustvari vezje zanke, bo povzročilo veliko motenj v sistemu. Za to je mogoče uporabiti metodo ožičenja v verižici, ki se lahko učinkovito izogne ​​nastajanju zank, vej ali štorov med ožičenjem, vendar bo povzročila tudi težavo ne lahkega ožičenja.

(8) Glede na podatke in zasnovo različnih čipov ocenite tok, ki ga prečka napajalni tokokrog, in določite zahtevano širino žice. Po empirični formuli: W (širina črte) ≥ L (mm/A) × I (A).

Glede na tok poskusite povečati širino daljnovoda in zmanjšati upor zanke. Hkrati naj bo smer daljnovoda in zemeljskega voda skladna s smerjo prenosa podatkov, kar pomaga povečati protihrupno sposobnost. Po potrebi se lahko daljnovodu in ozemljitvenemu vodu doda visokofrekvenčna dušilna naprava iz ferita z bakreno žico, ki blokira prevajanje visokofrekvenčnega hrupa.

(9) Širina ožičenja istega omrežja mora ostati enaka. Spremembe v širini črte bodo povzročile neenakomerno karakteristično impedanco linije. Ko je hitrost prenosa visoka, bo prišlo do odboja, čemur se je treba pri načrtovanju čim bolj izogibati. Hkrati povečajte širino črte vzporednih črt. Kadar razdalja središča črte ne presega 3-kratne širine črte, se lahko 70 % električnega polja vzdržuje brez medsebojnih motenj, kar imenujemo načelo 3W. Na ta način je mogoče premagati vpliv porazdeljene kapacitivnosti in porazdeljene induktivnosti, ki jo povzročajo vzporedne črte.

4 Zasnova napajalnega kabla in ozemljitvene žice

Da bi rešili padec napetosti, ki ga povzročajo hrup napajalnika in impedanca omrežja, ki ga uvaja visokofrekvenčno vezje, je treba v celoti upoštevati zanesljivost napajalnega sistema v visokofrekvenčnem vezju. Na splošno obstajata dve rešitvi: ena je uporaba tehnologije power bus za ožičenje; druga je uporaba ločene plasti napajanja. Za primerjavo je proizvodni proces slednjega bolj zapleten in strošek dražji. Zato se lahko za ožičenje uporablja tehnologija napajalnega vodila omrežnega tipa, tako da vsaka komponenta pripada različni zanki, tok na vsakem vodilu v omrežju pa je ponavadi uravnotežen, kar zmanjša padec napetosti, ki ga povzroča impedanca linije.

Moč visokofrekvenčnega prenosa je razmeroma velika, lahko uporabite veliko površino bakra in v bližini najdete ozemljitev z nizkim uporom za večkratno ozemljitev. Ker je induktivnost ozemljitvenega kabla sorazmerna s frekvenco in dolžino, se bo skupna impedanca ozemljitve povečala, ko je delovna frekvenca visoka, kar bo povečalo elektromagnetne motnje, ki jih povzroča skupna impedanca ozemljitve, zato je dolžina ozemljitvene žice mora biti čim krajši. Poskusite zmanjšati dolžino signalne linije in povečati površino ozemljitvene zanke.

Nastavite enega ali več visokofrekvenčnih ločilnih kondenzatorjev na moč in ozemljitev čipa, da zagotovite bližnji visokofrekvenčni kanal za prehodni tok integriranega čipa, tako da tok ne prehaja skozi napajalni vod z veliko zanko območje, s čimer se močno zmanjša hrup, ki se oddaja navzven. Za ločilne kondenzatorje izberite monolitne keramične kondenzatorje z dobrimi visokofrekvenčnimi signali. Namesto elektrolitskih kondenzatorjev uporabite tantalske kondenzatorje velike zmogljivosti ali poliestrske kondenzatorje kot kondenzatorje za shranjevanje energije za polnjenje vezja. Ker je porazdeljena induktivnost elektrolitskega kondenzatorja velika, ni veljavna za visoko frekvenco. Pri uporabi elektrolitskih kondenzatorjev jih uporabljajte v paru z ločilnimi kondenzatorji z dobrimi visokofrekvenčnimi lastnostmi.

5 Druge tehnike načrtovanja vezij za visoke hitrosti

Usklajevanje impedance se nanaša na delovno stanje, v katerem sta impedanca obremenitve in notranja impedanca vira vzbujanja prilagojeni drug drugemu, da se doseže največja izhodna moč. Za hitro ožičenje PCB, da se prepreči odboj signala, mora biti impedanca vezja 50 Ω. To je približna številka. Na splošno je določeno, da je osnovni pas koaksialnega kabla 50 Ω, frekvenčni pas 75 Ω in zvita žica 100 Ω. Za lažje ujemanje je samo celo število. V skladu s specifično analizo vezja je sprejeta vzporedna AC zaključka, kot zaključna impedanca pa se uporablja uporno in kondenzatorsko omrežje. Zaključna upornost R mora biti manjša ali enaka impedanci daljnovoda Z0, kapacitivnost C pa mora biti večja od 100 pF. Priporočljiva je uporaba 0.1UF večplastnih keramičnih kondenzatorjev. Kondenzator ima funkcijo blokiranja nizke frekvence in prehajanja visoke frekvence, tako da upor R ni enosmerna obremenitev pogonskega vira, zato ta metoda zaključevanja nima nobene porabe enosmerne energije.

Preslušavanje se nanaša na neželene motnje napetostnega hrupa, ki jih povzroča elektromagnetna vezava na sosednje daljnovode, ko se signal širi po prenosnem vodu. Sklop se deli na kapacitivno sklopko in induktivno sklopko. Prekomerno preslušavanje lahko povzroči lažno proženje vezja in povzroči, da sistem ne deluje normalno. Glede na nekatere značilnosti preslušavanja je mogoče povzeti več glavnih metod za zmanjšanje preslušavanja:

(1) Povečajte razmik med vrsticami, zmanjšajte vzporedno dolžino in po potrebi uporabite metodo jog za ožičenje.

(2) Ko signalne linije visoke hitrosti izpolnjujejo pogoje, lahko dodajanje ujemanja zaključkov zmanjša ali odpravi odboje in s tem zmanjša preslušavanje.

(3) Za mikrotračne daljnovode in tračne daljnovode lahko omejitev višine sledi na območje nad ozemljitveno ravnino znatno zmanjša preslušavanje.

(4) Ko prostor za ožičenje dopušča, vstavite ozemljitveno žico med obema žicama z resnejšimi preslušanji, ki lahko igrajo vlogo pri izolaciji in zmanjšanju preslušavanja.

Zaradi pomanjkanja hitrih analiz in simulacijskih napotkov v tradicionalni zasnovi tiskanih veznikov kakovosti signala ni mogoče zagotoviti, večine težav pa ni mogoče odkriti do preskusa izdelave plošč. To močno zmanjša učinkovitost oblikovanja in poveča stroške, kar je v hudi tržni konkurenci očitno slabo. Zato so ljudje v industriji za načrtovanje visokohitrostnih PCB-jev predlagali novo idejo zasnove, ki je postala metoda oblikovanja od zgoraj navzdol. Po raznovrstnih analizah in optimizacijah politike smo se izognili večini možnih težav in naredili veliko prihrankov. Čas, da zagotovimo izpolnitev proračuna projekta, izdelamo visokokakovostne tiskane plošče in se izognemo dolgočasnim in dragim napakam pri testiranju.

Uporaba diferencialnih vodov za prenos digitalnih signalov je učinkovit ukrep za nadzor dejavnikov, ki uničujejo celovitost signala v hitrih digitalnih vezjih. Diferencialni vod na tiskanem vezju je enakovreden paru diferencialnih mikrovalovnih integriranih daljnovodov, ki deluje v kvazi-TEM načinu. Med njimi je diferencialna linija na zgornjem ali spodnjem delu tiskanega vezja enakovredna sklopljeni mikrotrakasti liniji in se nahaja na notranji plasti večplastnega tiskanega vezja. Digitalni signal se prenaša na diferencialni liniji v lihem načinu prenosa, to pomeni, da je fazna razlika med pozitivnimi in negativnimi signali 180°, šum pa je povezan na par diferencialnih vodov v skupnem načinu. Napetost ali tok vezja se odšteje, tako da lahko dobimo signal za odpravo navadnega šuma. Nizkonapetostna amplituda ali tokovni pogonski izhod para diferencialnih linij izpolnjuje zahteve po hitri integraciji in nizki porabi energije.

6 sklepne besede

Z nenehnim razvojem elektronske tehnologije je nujno razumeti teorijo celovitosti signala za vodenje in preverjanje načrtovanja visokohitrostnih PCB. Nekatere izkušnje, povzete v tem članku, lahko pomagajo oblikovalcem tiskanih vezij za visoke hitrosti skrajšati razvojni cikel, se izogniti nepotrebnim obvozom ter prihraniti delovno silo in materialne vire. Oblikovalci morajo še naprej raziskovati in raziskati v dejanskem delu, še naprej nabirati izkušnje in združevati nove tehnologije za načrtovanje visokohitrostnih tiskanih vezij z odlično zmogljivostjo.