Trenutno, visokofrekventni i брза ПЦБ dizajn je postao mejnstrim, a svaki inženjer PCB Layout-a treba da bude stručan. Sledeće, Banermei će sa vama podeliti neke od dizajnerskih iskustava stručnjaka za hardver u visokofrekventnim i brzim PCB kolima, i nadam se da će svima biti od pomoći.

1. Kako izbeći visokofrekventne smetnje?

Osnovna ideja izbegavanja visokofrekventnih smetnji je da se minimizira interferencija elektromagnetnog polja visokofrekventnih signala, što je takozvano preslušavanje (Crosstalk). Možete povećati rastojanje između signala velike brzine i analognog signala ili dodati tragove zaštite/ranžiranja pored analognog signala. Takođe obratite pažnju na smetnje šuma od digitalnog do analognog uzemljenja.

2. Kako uzeti u obzir podudaranje impedanse prilikom dizajniranja šema dizajna PCB-a velike brzine?

Prilikom projektovanja brzih PCB kola, usklađivanje impedanse je jedan od elemenata dizajna. Vrednost impedanse ima apsolutnu vezu sa metodom ožičenja, kao što je hodanje po površinskom sloju (mikrotraka) ili unutrašnjem sloju (trakasta/dvostruka trakasta linija), udaljenost od referentnog sloja (sloj napajanja ili sloj uzemljenja), širina ožičenja, materijal PCB-a , itd. Oba će uticati na vrednost karakteristične impedanse traga. Odnosno, vrednost impedanse se može odrediti samo nakon ožičenja. Generalno, softver za simulaciju ne može da uzme u obzir neke uslove ožičenja sa diskontinualnom impedansom zbog ograničenja modela kola ili korišćenog matematičkog algoritma. U ovom trenutku, samo neki terminatori (terminacija), kao što je serijski otpor, mogu biti rezervisani na šematskom dijagramu. Ublažite efekat diskontinuiteta u impedansi traga. Pravo rešenje problema je pokušati izbeći prekide impedanse prilikom ožičenja.

3. U dizajnu PCB-a velike brzine, koje aspekte dizajner treba da uzme u obzir EMC i EMI pravila?

Generalno, EMI/EMC dizajn treba da uzme u obzir i zračene i provodne aspekte u isto vreme. Prvi pripada visokofrekventnom delu (<30MHz), a drugi deo niže frekvencije (<30MHz). Dakle, ne možete samo obratiti pažnju na visoke frekvencije i ignorisati deo niske frekvencije. Dobar EMI/EMC dizajn mora uzeti u obzir lokaciju uređaja, raspored PCB steka, važan način povezivanja, izbor uređaja, itd. na početku izgleda. Ako prethodno ne bude boljeg aranžmana, to će se naknadno rešiti. To će dati dvostruko veći rezultat uz upola manje truda i povećati troškove. Na primer, lokacija generatora takta ne bi trebalo da bude blizu eksternog konektora. Signali velike brzine treba da idu u unutrašnji sloj što je više moguće. Obratite pažnju na karakteristično usklađivanje impedanse i kontinuitet referentnog sloja da biste smanjili refleksije. Brzina povećanja signala koji gura uređaj treba da bude što je moguće manja da bi se smanjila visina. Frekventne komponente, kada birate kondenzator za razdvajanje/bajpas, obratite pažnju na to da li njegov frekventni odziv ispunjava zahteve za smanjenje buke na planu napajanja. Pored toga, obratite pažnju na povratnu putanju visokofrekventne signalne struje kako biste područje petlje učinili što manjim (to jest, impedansu petlje što je moguće manjom) kako biste smanjili zračenje. Tlo se takođe može podeliti za kontrolu opsega visokofrekventne buke. Na kraju, pravilno izaberite uzemljenje kućišta između PCB-a i kućišta.

4. Kako odabrati PCB ploču?

Izbor PCB ploče mora da uspostavi ravnotežu između ispunjavanja zahteva dizajna i masovne proizvodnje i troškova. Zahtevi za projektovanje obuhvataju i električne i mehaničke delove. Obično je ovaj materijalni problem važniji kada se projektuju veoma brze PCB ploče (frekvencija veća od GHz). Na primer, najčešće korišćeni FR-4 materijal, dielektrični gubitak na frekvenciji od nekoliko GHz će imati veliki uticaj na slabljenje signala i možda neće biti prikladan. Što se tiče električne energije, obratite pažnju da li su dielektrična konstanta i dielektrični gubici pogodni za projektovanu frekvenciju.

5. Kako ispuniti EMC zahteve što je više moguće bez izazivanja prevelikog pritiska troškova?

Povećana cena PCB ploče zbog EMC-a obično je posledica povećanja broja slojeva uzemljenja da bi se poboljšao efekat zaštite i dodavanja feritnih perli, prigušnica i drugih visokofrekventnih uređaja za suzbijanje harmonika. Pored toga, obično je potrebno uskladiti zaštitnu strukturu na drugim institucijama kako bi ceo sistem ispunio EMC zahteve. Sledeće daje samo nekoliko tehnika dizajna PCB ploče za smanjenje efekta elektromagnetnog zračenja koje generiše kolo.

Pokušajte da izaberete uređaj sa sporijom stopom napona signala da biste smanjili komponente visoke frekvencije koje generiše signal.

Obratite pažnju na postavljanje visokofrekventnih komponenti, ne previše blizu eksternog konektora.

Obratite pažnju na usklađivanje impedanse brzih signala, sloja ožičenja i njegove povratne struje, kako biste smanjili visokofrekventnu refleksiju i zračenje.

Postavite dovoljne i odgovarajuće kondenzatore za razdvajanje na pinove napajanja svakog uređaja da biste ublažili šum na strujnoj ravni i ravni uzemljenja. Obratite posebnu pažnju na to da li frekventni odziv i temperaturne karakteristike kondenzatora ispunjavaju zahteve dizajna.

Uzemljenje u blizini spoljnog konektora može se pravilno odvojiti od zemlje, a uzemljenje konektora može biti povezano sa uzemljenjem šasije u blizini.

Tragovi zaštite/ranžiranja mogu se na odgovarajući način koristiti pored nekih specijalnih signala velike brzine. Ali obratite pažnju na uticaj tragova zaštite/šanta na karakterističnu impedansu traga.

Sloj snage se smanjuje za 20H od prizemnog sloja, a H je rastojanje između sloja snage i sloja zemlje.

6. Na koje aspekte treba obratiti pažnju prilikom projektovanja, rutiranja i rasporeda PCB-a visoke frekvencije iznad 2G?

PCB visoke frekvencije iznad 2G pripadaju dizajnu radio frekvencijskih kola i nisu u okviru diskusije o dizajnu digitalnih kola velike brzine. Raspored i rutiranje radio frekvencijskog kola treba razmotriti zajedno sa šemom, jer će raspored i rutiranje izazvati efekte distribucije. Štaviše, neki pasivni uređaji u projektovanju radio frekvencijskih kola su realizovani kroz parametrizovane definicije i bakarne folije specijalnog oblika. Zbog toga su EDA alati potrebni za obezbeđivanje parametrizovanih uređaja i uređivanje bakarnih folija specijalnog oblika. Mentorova boardstation ima poseban RF modul za dizajn koji može da ispuni ove zahteve. Štaviše, opšti RF dizajn zahteva specijalizovane alate za analizu RF kola. Najpoznatiji u industriji je agilentov eesoft, koji ima dobar interfejs sa Mentorovim alatima.

7. Da li će dodavanje testnih tačaka uticati na kvalitet signala velike brzine?

Da li će to uticati na kvalitet signala zavisi od načina dodavanja testnih tačaka i koliko je signal brz. U osnovi, dodatne ispitne tačke (nemojte da koristite postojeći prelaz ili DIP pin kao ispitne tačke) mogu se dodati na liniju ili povući kratku liniju sa linije. Prvi je ekvivalentan dodavanju malog kondenzatora na liniju, a drugi je dodatna grana. Oba ova uslova će uticati na signal velike brzine manje ili više, a stepen efekta je povezan sa frekvencijskom brzinom signala i brzinom ivice signala. Veličina uticaja se može znati kroz simulaciju. U principu, što je manja tačka testiranja, to je bolje (naravno, mora ispuniti zahteve testnog alata) što je kraća grana, to bolje.