För närvarande högfrekventa och höghastighets-kretskort design har blivit mainstream, och varje PCB Layout-ingenjör bör vara skicklig. Därefter kommer Banermei att dela med dig några av designerfarenheterna från hårdvaruexperter inom högfrekventa och höghastighets-PCB-kretsar, och jag hoppas att det kommer att vara till hjälp för alla.

1. Hur undviker man högfrekventa störningar?

Grundidén med att undvika högfrekventa störningar är att minimera elektromagnetiska fältstörningar från högfrekventa signaler, vilket är den så kallade överhörningen (Crosstalk). Du kan öka avståndet mellan höghastighetssignalen och den analoga signalen, eller lägga till markskydds-/shuntspår bredvid den analoga signalen. Var också uppmärksam på brusstörningarna från digital jord till analog jord.

2. Hur överväger man impedansmatchning när man utformar designscheman för höghastighetskretskort?

Vid design av höghastighetskretsar för PCB är impedansmatchning ett av designelementen. Impedansvärdet har ett absolut samband med ledningsmetoden, såsom att gå på ytskiktet (mikrostrip) eller inre skikt (stripline/dubbel stripline), avstånd från referensskiktet (kraftskikt eller jordskikt), ledningsbredd, PCB-material , etc. Båda kommer att påverka det karakteristiska impedansvärdet för kurvan. Det vill säga, impedansvärdet kan endast bestämmas efter kabeldragning. Generellt kan simuleringsmjukvara inte ta hänsyn till vissa ledningsförhållanden med diskontinuerlig impedans på grund av begränsningen av kretsmodellen eller den matematiska algoritmen som används. För närvarande kan endast vissa terminatorer (terminering), såsom serieresistans, reserveras på det schematiska diagrammet. Lindra effekten av diskontinuitet i spårimpedans. Den verkliga lösningen på problemet är att försöka undvika impedansdiskontinuiteter vid kabeldragning.

3. Vilka aspekter bör konstruktören beakta EMC- och EMI-regler vid design av höghastighetskretskort?

Generellt måste EMI/EMC-design ta hänsyn till både utstrålade och genomförda aspekter samtidigt. Den förra tillhör den högre frekvensdelen (<30MHz) och den senare är den lägre frekvensdelen (<30MHz). Så du kan inte bara vara uppmärksam på högfrekvensen och ignorera lågfrekvensdelen. En bra EMI/EMC-design måste ta hänsyn till enhetens placering, PCB-stackarrangemang, viktig anslutningsmetod, enhetsval etc. i början av layouten. Finns det inget bättre arrangemang i förväg så löses det i efterhand. Det kommer att göra dubbelt så mycket med halva ansträngningen och öka kostnaderna. Till exempel bör placeringen av klockgeneratorn inte vara nära den externa kontakten. Höghastighetssignaler bör gå till det inre lagret så mycket som möjligt. Var uppmärksam på den karakteristiska impedansmatchningen och kontinuiteten i referensskiktet för att minska reflektioner. Svänghastigheten för signalen som trycks av enheten bör vara så liten som möjligt för att minska höjden. Frekvenskomponenter, när du väljer en frånkopplings-/förbikopplingskondensator, var uppmärksam på om dess frekvenssvar uppfyller kraven för att minska brus på effektplanet. Var dessutom uppmärksam på returvägen för högfrekvent signalström för att göra slingytan så liten som möjligt (det vill säga slingimpedansen så liten som möjligt) för att minska strålningen. Marken kan också delas för att styra området för högfrekvent brus. Välj slutligen chassijorden mellan kretskortet och huset på rätt sätt.

4. Hur väljer man PCB-kort?

Valet av kretskort måste ha en balans mellan att uppfylla designkrav och massproduktion och kostnad. Designkraven omfattar både elektriska och mekaniska delar. Vanligtvis är detta materialproblem viktigare när man designar kretskort med mycket hög hastighet (frekvens högre än GHz). Till exempel, det vanliga FR-4-materialet, den dielektriska förlusten vid en frekvens på flera GHz kommer att ha stor inverkan på signaldämpningen och kanske inte är lämplig. När det gäller elektricitet, var uppmärksam på om dielektricitetskonstanten och dielektriska förlusten är lämpliga för den designade frekvensen.

5. Hur kan man uppfylla EMC-kraven så mycket som möjligt utan att orsaka för mycket kostnadspress?

Den ökade kostnaden för PCB-kort på grund av EMC beror vanligtvis på ökningen av antalet markskikt för att förbättra skärmningseffekten och tillägget av ferritpärlor, choke och andra högfrekventa harmoniska undertryckande enheter. Dessutom är det vanligtvis nödvändigt att matcha skärmningsstrukturen på andra institutioner för att få hela systemet att klara EMC-kraven. Följande tillhandahåller endast ett fåtal PCB-kortdesigntekniker för att minska den elektromagnetiska strålningseffekten som genereras av kretsen.

Försök att välja en enhet med en långsammare signalsvängningshastighet för att minska de högfrekventa komponenterna som genereras av signalen.

Var uppmärksam på placeringen av högfrekventa komponenter, inte för nära den externa kontakten.

Var uppmärksam på impedansmatchningen av höghastighetssignaler, ledningsskiktet och dess returströmväg, för att minska högfrekvent reflektion och strålning.

Placera tillräckligt med och lämpliga frånkopplingskondensatorer på strömförsörjningsstiften på varje enhet för att lindra bruset på kraftplanet och jordplanet. Var särskilt uppmärksam på om kondensatorns frekvensgång och temperaturegenskaper uppfyller designkraven.

Jorden nära den externa kontakten kan separeras ordentligt från jord, och kontaktens jord kan anslutas till chassits jord i närheten.

Markskydds-/shuntspår kan lämpligen användas bredvid vissa speciella höghastighetssignaler. Men var uppmärksam på inverkan av vakt-/shuntspår på spårets karakteristiska impedans.

Kraftlagret krymper 20H från marklagret, och H är avståndet mellan kraftlagret och marklagret.

6. Vilka aspekter bör uppmärksammas vid design, routing och layout av högfrekventa PCB över 2G?

Högfrekventa kretskort över 2G tillhör designen av radiofrekvenskretsar och är inte inom ramen för diskussionen om design av höghastighets digitala kretsar. Radiofrekvenskretsens layout och routing bör beaktas tillsammans med schemat, eftersom layouten och routingen kommer att orsaka distributionseffekter. Dessutom realiseras vissa passiva enheter i designen av radiofrekvenskretsar genom parametriserade definitioner och specialformade kopparfolier. Därför krävs EDA-verktyg för att tillhandahålla parametriserade enheter och redigera specialformade kopparfolier. Mentors boardstation har en speciell RF-designmodul som kan uppfylla dessa krav. Dessutom kräver allmän RF-design specialiserade RF-kretsanalysverktyg. Den mest kända i branschen är agilents eesoft, som har ett bra gränssnitt med Mentors verktyg.

7. Kommer att lägga till testpunkter att påverka kvaliteten på höghastighetssignaler?

Om det kommer att påverka signalkvaliteten beror på metoden för att lägga till testpunkter och hur snabb signalen är. I grund och botten kan ytterligare testpunkter (använd inte det befintliga via- eller DIP-stiftet som testpunkter) läggas till linjen eller dras en kort linje från linjen. Den förra motsvarar att lägga till en liten kondensator på linjen, den senare är en extra gren. Båda dessa förhållanden kommer att påverka höghastighetssignalen mer eller mindre, och omfattningen av effekten är relaterad till signalens frekvenshastighet och signalens kanthastighet. Storleken på påverkan kan vara känd genom simulering. I princip gäller att ju mindre testpunkt, desto bättre (naturligtvis måste den uppfylla testverktygets krav) ju kortare gren, desto bättre.