PCB ความเร็วสูง การออกแบบหมายถึงการออกแบบใดๆ ที่ความสมบูรณ์ของสัญญาณเริ่มได้รับผลกระทบจากลักษณะทางกายภาพของ PCB เช่น เลย์เอาต์ บรรจุภัณฑ์ การเชื่อมต่อระหว่างกัน และการซ้อนเลเยอร์ นอกจากนี้ เมื่อคุณเริ่มออกแบบบอร์ดและพบปัญหาต่างๆ เช่น ความล่าช้า ครอสทอล์ค การสะท้อน หรือการปล่อยมลพิษ คุณจะเข้าสู่วงการการออกแบบ PCB ความเร็วสูง

การเน้นที่ประเด็นเหล่านี้ทำให้การออกแบบความเร็วสูงมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว คุณอาจเคยใช้ในการออกแบบ PCB แบบง่ายที่เน้นการจัดวางส่วนประกอบและการเดินสาย อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้การออกแบบความเร็วสูง การพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ระยะห่างจากสัญญาณ ความกว้างของสัญญาณ ตำแหน่งที่วางและประเภทของแทร็กนั้นมีความสำคัญมากกว่า การเชื่อมต่อ. นอกจากนี้ เมื่อคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้แล้ว กระบวนการออกแบบ PCB ของคุณจะไปถึงระดับที่สูงขึ้น

ทักษะการออกแบบ PCB ความเร็วสูง

1. รู้จักซอฟต์แวร์การออกแบบที่มีตัวเลือกขั้นสูง

จำเป็นต้องมีฟังก์ชันที่ซับซ้อนจำนวนมากในการออกแบบซอฟต์แวร์ CAD ด้วยความเร็วสูง นอกจากนี้ อาจมีโปรแกรมไม่มากสำหรับมือสมัครเล่น และมักไม่มีตัวเลือกขั้นสูงตามชุดเว็บ ดังนั้น คุณต้องมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเครื่องมือ CAD ที่มีประสิทธิภาพ

2. ทางหลวง

เมื่อพูดถึงการเดินสายความเร็วสูง นักออกแบบจำเป็นต้องเข้าใจกฎเกณฑ์สำหรับการเดินสายพื้นฐาน รวมถึงการไม่ตัดการเชื่อมต่อกราวด์และทำให้การเดินสายสั้น ดังนั้น ให้ป้องกันสัญญาณรบกวนที่ระยะหนึ่งบนสายดิจิตอลและป้องกันเครื่องกำเนิดสัญญาณรบกวนทั้งหมด เพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ

3. การเดินสายด้วยการควบคุมอิมพีแดนซ์

สำหรับสัญญาณบางอย่างที่ประมาณ 40-120 โอห์ม จำเป็นต้องมีการจับคู่อิมพีแดนซ์ คิวสำหรับการจับคู่อิมพีแดนซ์เฉพาะคือเสาอากาศและคู่ที่แตกต่างกันมากมาย

เป็นสิ่งสำคัญที่ผู้ออกแบบเข้าใจวิธีการคำนวณความกว้างของเส้นและค่าอิมพีแดนซ์ที่จำเป็นสำหรับการเคลือบ หากค่าอิมพีแดนซ์ไม่ถูกต้อง สัญญาณอาจได้รับผลกระทบอย่างรุนแรง ส่งผลให้ข้อมูลเสียหาย

4. การติดตามการจับคู่ความยาว

มีหลายสายในบัสหน่วยความจำความเร็วสูงและอินเตอร์เฟสบัส สายเหล่านี้สามารถทำงานที่ความถี่สูงมาก ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่สัญญาณจะต้องเดินทางพร้อมกันจากจุดส่งไปยังจุดรับ นอกจากนี้ มันต้องมีคุณลักษณะที่เรียกว่าการจับคู่ความยาว ดังนั้น มาตรฐานทั่วไปส่วนใหญ่จะกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนที่ต้องตรงกับความยาว

5. ลดพื้นที่วนรอบ

นักออกแบบ PCB ความเร็วสูงจำเป็นต้องทราบเคล็ดลับบางประการ สัญญาณความถี่สูงอาจทำให้เกิด EMI, EMC และปัญหาอื่นๆ ดังนั้น พวกเขาจึงต้องปฏิบัติตามกฎพื้นฐาน เช่น มีการต่อสายดินอย่างต่อเนื่องและพื้นที่วงรอบลดลง โดยการปรับเส้นทางกลับปัจจุบันของเส้นลวดให้เหมาะสมที่สุด และวางรูเย็บหลายรู

เรื่องที่ต้องให้ความสนใจในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง

เค้าโครง PCB มีความสำคัญมาก

โดยไม่ต้องสงสัย การผลิต PCB ที่มีประสิทธิภาพในวงจรความเร็วสูงมีความสำคัญต่อผลลัพธ์สุดท้าย อย่างไรก็ตาม เลย์เอาต์ PCB ไม่ได้รับการพิจารณาตั้งแต่แรก ดังนั้นจึงมีผลกระทบอย่างมากต่อการออกแบบเพื่อให้บรรลุหน้าที่ที่จำเป็นและการผลิต PCB ที่ประสบความสำเร็จ เช่น การวางแผนระดับสูงและการปฏิบัติตามปัจจัยสำคัญ นอกจากนี้ คุณต้องแก้ไขปัญหาบางอย่างก่อนการจัดวาง PCB เช่น แนวทางปฏิบัติด้านการออกแบบการผลิต (DFM) และข้อควรพิจารณาเพิ่มเติมสำหรับข้อกำหนด PCB ความเร็วสูง

เลย์เอาต์ที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดปัญหาด้านประสิทธิภาพเมื่อเริ่มการทดสอบหรือเมื่อใช้ในการผลิต PCB ที่เลวร้ายกว่านั้น ความจำเป็นในการประเมินความล้มเหลวของ PCB หรือปัญหาด้านประสิทธิภาพและการประกอบเค้าโครงต้นแบบใหม่นั้นต้องใช้ต้นทุนและเวลาในการออกแบบใหม่หรือปรับปรุงใหม่

หมายเหตุสำหรับการออกแบบ PCB

ในทางปฏิบัติ การออกแบบ PCB ความเร็วสูงมีข้อจำกัดมากมายสำหรับนักออกแบบ เนื่องจากคุณจำเป็นต้องตอบสนองความเร็วสัญญาณต่างๆ และข้อกำหนดด้านการออกแบบอื่นๆ ดังนั้น เพื่อให้บรรลุการออกแบบแผงวงจรความเร็วสูงที่แสดงด้านล่าง ปัจจัยบางประการจำเป็นต้องได้รับการพิจารณา:

หมายเหตุแผนผัง: เป็นที่ทราบกันดีว่าแผนผังที่ดีสามารถวางรากฐานที่ดีสำหรับการออกแบบ PCB ได้ ดังนั้น ขึ้นอยู่กับว่าคุณเป็นผู้ออกแบบ PCB หรือวิศวกรไฟฟ้า แผนผังไดอะแกรมสามารถจัดการได้แตกต่างกัน โดยทั่วไปจะถือว่าแผนผังเป็นวิธีการสื่อสารที่สามารถเชื่อมต่อกับแผงวงจรได้ แต่แผนผังสามารถสร้างความแตกต่างอย่างมากในการจัดระเบียบและนำเสนอการออกแบบความเร็วสูงของคุณ ดังนั้น ข้อมูลที่มีอยู่ในแผนผังการออกแบบให้ได้มากที่สุด เช่น ความยาวของสายไฟ การจัดวางส่วนประกอบที่จำเป็น ข้อมูลผู้ผลิต PCB และอื่นๆ

การปรับความยาวของการติดตาม: เมื่อใช้อินเทอร์เฟซความเร็วสูง คุณต้องปรับความยาวการติดตามเพื่อซิงโครไนซ์การส่งสัญญาณกับสายข้อมูล อย่างไรก็ตาม อินเทอร์เฟซอาจล้มเหลวที่ความถี่สูงสุด หรืออาจไม่ทำงานเลย เนื่องจากไม่มีการซิงโครไนซ์ ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งความถี่ของอินเทอร์เฟซสูงขึ้นเท่าใด ข้อกำหนดในการจับคู่ความยาวก็จะยิ่งสูงขึ้น ดังนั้น ในกรณีของอินเทอร์เฟซแบบขนาน คุณเพียงแค่ต้องปรับความยาวของเส้นทั้งหมด สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าได้ปรับความยาวของเส้นเหล่านี้เพื่อให้ได้ความยาวที่ต้องการในชุดสัญญาณ

วัสดุ PCB และข้อกำหนดสำหรับการซ้อนความเร็วสูง: ซึ่งจะส่งผลต่อการออกแบบความเร็วสูงของคุณ เช่น โครงสร้างการซ้อนเลเยอร์และวัสดุ PCB

กลยุทธ์การจัดวางด้วยความเร็วสูง: เนื่องจากการเปลี่ยนขนาดแผ่นรองและระยะห่างของส่วนประกอบจะเพิ่มความยาวการเชื่อมต่อความเร็วสูงสูงสุด จึงสามารถออกแบบให้มีความเร็วสูงโดยใช้วิธีการที่หลากหลายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจัดวางส่วนประกอบและปรับปรุงพื้นที่การครอบครองส่วนประกอบสำหรับความเร็วสูง

Differential pairs และ line-length routing: จำเป็นต้องกำหนดเส้นทางของคู่ differential ในการออกแบบความเร็วสูง เพื่อให้คู่ของสัญญาณสามารถมีอยู่พร้อมกันได้

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับครอสทอล์ค การควบคุมอิมพีแดนซ์ และความขนาน: ในการออกแบบความเร็วสูง มีหลายปัจจัยที่อาจส่งผลเสียต่อการออกแบบของคุณ นอกจากนี้ยังมีเทคนิคที่ต้องพิจารณา เช่น วิธีลดผลกระทบต่อการออกแบบ

ทำความเข้าใจกับเส้นริบบอนและไมโครสตริป: โดยทั่วไปแล้ว สำหรับการออกแบบที่มีความเร็วสูง จะต้องมีการกำหนดเส้นทางหลายวิธี หากต้องใช้การกำหนดเส้นทางทางหลวง ควรมีความเข้าใจในเทคนิคการกำหนดเส้นทางแถบและไมโครสตริปให้ดีขึ้น

โทโพโลยีการเดินสายและแนวทางปฏิบัติในการเดินสายที่ดีที่สุด: โดยทั่วไป จำเป็นต้องมีรูปร่างหรือโทโพโลยีเฉพาะ หากต้องนำพาธของวงจรที่จำเป็นสำหรับการเดินสายความเร็วสูง นอกจากนี้ ก็ยังดีที่จะสำรวจวิธีต่างๆ ในการติดตามความยาวเส้น ทางหนี เส้นทางกลับ ฯลฯ

เครื่องจำลอง: สำหรับการออกแบบความเร็วสูง การจำลองจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งทั้งก่อน ระหว่าง และหลังจากที่เค้าโครงเริ่มต้น ดังนั้น คุณควรมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับซอฟต์แวร์การออกแบบ PCB เพื่อเรียนรู้เคล็ดลับและลูกเล่นสำหรับการออกแบบการจำลอง

คุณรู้ได้อย่างไรว่าคุณต้องการการออกแบบ PCB ความเร็วสูง?

1. มีอินเทอร์เฟซความเร็วสูงบนบอร์ดหรือไม่?

วิธีที่รวดเร็วในการค้นหาว่าคุณจำเป็นต้องปฏิบัติตามหลักเกณฑ์การออกแบบความเร็วสูงหรือไม่ คือ ตรวจสอบว่าคุณมีอินเทอร์เฟซความเร็วสูง เช่น DDR, PCI-E หรือแม้แต่อินเทอร์เฟซวิดีโอ เช่น DVI, HDMI เป็นต้น

อินเทอร์เฟซทั้งหมดเหล่านี้ต้องเป็นไปตามกฎการออกแบบความเร็วสูง นอกจากนี้ โปรดระบุข้อกำหนดเฉพาะสำหรับแต่ละข้อมูลในเอกสารประกอบ

2. อัตราส่วนของความยาวร่องรอยต่อความยาวคลื่นสัญญาณ

โดยทั่วไป หากความยาวคลื่นของข้อความเท่ากับความยาวของบรรทัด PCB ของคุณจะต้องได้รับการออกแบบความเร็วสูงอย่างแน่นอน เนื่องจากมาตรฐานบางอย่าง (เช่น DDR) กำหนดให้ความยาวของเส้นตรงกับค่าความคลาดเคลื่อนขั้นต่ำ

ตัวเลขคร่าวๆ ก็คือถ้าความยาวสายเคเบิลและความยาวคลื่นของคุณสามารถจัดลำดับความสำคัญของกันและกันได้ ดังนั้นจึงควรตรวจสอบการออกแบบความเร็วสูง

3. PCB พร้อมอินเทอร์เฟซไร้สาย

ดังที่คุณทราบ PCB แต่ละตัวมีเสาอากาศ และไม่ว่าจะผ่านทางคอนเน็กเตอร์หรือบางอย่างบนบอร์ด สัญญาณความเร็วสูงจำเป็นต้องได้รับการออกแบบ นอกจากนี้ เสาอากาศออนบอร์ดยังต้องการอิมพีแดนซ์ที่แน่นเพื่อให้ตรงกับความยาวในการปรับจูน

สำหรับบอร์ดที่มีคอนเน็กเตอร์ SMA หรือคอนเน็กเตอร์ที่คล้ายกัน คุณจะต้องเชื่อมต่อกับคอนเน็กเตอร์ที่มีค่าอิมพีแดนซ์เฉพาะ

ข้อสรุป

กล่าวโดยสรุป การเรียนรู้เกี่ยวกับการออกแบบ PCB ความเร็วสูงนั้นขึ้นอยู่กับโครงการอื่น แม้ว่าจะมีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบความเร็วสูง โชคดีที่ซอฟต์แวร์ CAD ที่คุณใช้สำหรับการออกแบบ PCB จะให้ความช่วยเหลือคุณ เช่น เครื่องคำนวณอิมพีแดนซ์ ตัวเลือกการรายงานความยาวในการกำหนดเส้นทาง เราเตอร์คู่ดิฟเฟอเรนเชียล และเครื่องมืออื่นๆ