1 Questions

With the large-scale increase in the design complexity and integration of electronic systems, clock speeds and device rise times are getting faster and faster, and ang bilis ng PCB design has become an important part of the design process. In high-speed circuit design, the inductance and capacitance on the circuit board line make the wire equivalent to a transmission line. Incorrect layout of termination components or incorrect wiring of high-speed signals can cause transmission line effect problems, resulting in incorrect data output from the system, abnormal circuit operation or even no operation at all. Based on the transmission line model, to sum up, the transmission line will bring adverse effects such as signal reflection, crosstalk, electromagnetic interference, power supply and ground noise to the circuit design.

Upang magdisenyo ng isang high-speed PCB circuit board na maaaring gumana nang mapagkakatiwalaan, ang disenyo ay dapat na ganap at maingat na isaalang-alang upang malutas ang ilang hindi mapagkakatiwalaang mga problema na maaaring mangyari sa panahon ng layout at pagruruta, paikliin ang ikot ng pagbuo ng produkto, at pagbutihin ang pagiging mapagkumpitensya sa merkado.

Paano gamitin ang mga tool sa disenyo ng PROTEL para sa high-speed na disenyo ng PCB

2 Layout na disenyo ng high frequency system

In the PCB design of the circuit, the layout is an important link. The result of the layout will directly affect the wiring effect and the reliability of the system, which is the most time-consuming and difficult in the entire printed circuit board design. The complex environment of high-frequency PCB makes the layout design of the high-frequency system difficult to use the learned theoretical knowledge. It requires the person who lays out must have rich experience in high-speed PCB manufacturing, so as to avoid detours in the design process. Improve the reliability and effectiveness of circuit work. In the process of layout, comprehensive consideration should be given to the mechanical structure, heat dissipation, electromagnetic interference, convenience of future wiring, and aesthetics.

First of all, before layout, the entire circuit is divided into functions. The high-frequency circuit is separated from the low-frequency circuit, and the analog circuit and the digital circuit are separated. Each functional circuit is placed as close as possible to the center of the chip. Avoid transmission delay caused by excessively long wires, and improve the decoupling effect of capacitors. In addition, pay attention to the relative positions and directions between the pins and circuit components and other tubes to reduce their mutual influence. All high-frequency components should be far away from the chassis and other metal plates to reduce parasitic coupling.

Pangalawa, ang pansin ay dapat bayaran sa thermal at electromagnetic effect sa pagitan ng mga bahagi sa panahon ng layout. Ang mga epektong ito ay partikular na seryoso para sa mga high-frequency system, at dapat gawin ang mga hakbang upang iwasan o ihiwalay, init at kalasag. Ang high-power rectifier tube at adjustment tube ay dapat na nilagyan ng radiator at itago ang layo mula sa transpormer. Ang mga sangkap na lumalaban sa init tulad ng mga electrolytic capacitor ay dapat na ilayo sa mga bahagi ng pag-init, kung hindi, ang electrolyte ay matutuyo, na magreresulta sa pagtaas ng resistensya at mahinang pagganap, na makakaapekto sa katatagan ng circuit. Ang sapat na espasyo ay dapat na iwan sa layout upang ayusin ang proteksiyon na istraktura at maiwasan ang pagpapakilala ng iba’t ibang mga parasitic couplings. Upang maiwasan ang electromagnetic coupling sa pagitan ng mga coils sa naka-print na circuit board, ang dalawang coils ay dapat ilagay sa tamang mga anggulo upang mabawasan ang coupling coefficient. Ang paraan ng vertical plate isolation ay maaari ding gamitin. Pinakamainam na direktang gamitin ang lead ng bahagi na ibebenta sa circuit. Ang mas maikli ang lead, mas mabuti. Huwag gumamit ng mga konektor at mga tab ng paghihinang dahil may nakabahaging kapasidad at nakabahaging inductance sa pagitan ng mga katabing tab ng paghihinang. Iwasang maglagay ng mga bahaging may mataas na ingay sa paligid ng crystal oscillator, RIN, analog na boltahe, at mga bakas ng signal ng reference na boltahe.

Sa wakas, habang tinitiyak ang likas na kalidad at pagiging maaasahan, habang isinasaalang-alang ang pangkalahatang kagandahan, dapat na isagawa ang makatwirang pagpaplano ng circuit board. Ang mga bahagi ay dapat na parallel o patayo sa ibabaw ng board, at parallel o patayo sa pangunahing gilid ng board. Ang pamamahagi ng mga bahagi sa ibabaw ng board ay dapat na pantay hangga’t maaari at ang density ay dapat na pare-pareho. Sa ganitong paraan, ito ay hindi lamang maganda, ngunit madaling mag-assemble at magwelding, at madali itong gumawa ng masa.

3 Wiring of high frequency system

Sa mga high-frequency circuit, ang mga parameter ng pamamahagi ng paglaban, kapasidad, inductance at mutual inductance ng mga wire sa pagkonekta ay hindi maaaring balewalain. Mula sa pananaw ng anti-interference, ang makatwirang mga kable ay subukang bawasan ang line resistance, distributed capacitance, at stray inductance sa circuit. , Ang nagreresultang stray magnetic field ay nabawasan sa pinakamababa, upang ang distributed capacitance, leakage magnetic flux, electromagnetic mutual inductance at iba pang interference na dulot ng ingay ay pinigilan.

The application of PROTEL design tools in China has been quite common. However, many designers only focus on the “broadband rate”, and the improvements made by the PROTEL design tools to adapt to the changes in device characteristics have not been used in the design, which not only makes The waste of design tool resources is more serious, which makes it difficult for the excellent performance of many new devices to be brought into play.

Ang sumusunod ay nagpapakilala ng ilang espesyal na function na maibibigay ng PROTEL99 SE tool.

(1) Ang lead sa pagitan ng mga pin ng high-frequency circuit device ay dapat na baluktot nang kaunti hangga’t maaari. Pinakamainam na gumamit ng isang buong tuwid na linya. Kapag kailangan ang baluktot, maaaring gumamit ng 45° bends o arc, na maaaring mabawasan ang panlabas na paglabas ng mga signal na may mataas na dalas at interference sa isa’t isa. Ang pagsasama sa pagitan. Kapag gumagamit ng PROTEL para sa pagruruta, maaari kang pumili ng 45-Degrees o Rounded sa “Routing Corners” sa “rules” menu ng “Design” menu. Maaari mo ring gamitin ang shift + space key upang mabilis na lumipat sa pagitan ng mga linya.

(2) Kung mas maikli ang lead sa pagitan ng mga pin ng high-frequency circuit device, mas mabuti.

PROTEL 99 Ang pinaka-epektibong paraan upang matugunan ang pinakamaikling mga wiring ay ang gumawa ng wiring appointment para sa mga indibidwal na key high-speed network bago ang awtomatikong pag-wire. “Routing Topology” sa “rules” sa “Design” menu

Select shortest.

(3) Alternation of lead layers between pins of high-frequency circuit devices is as small as possible. That is, the fewer vias used in the component connection process, the better.

One via can bring about 0.5pF of distributed capacitance, and reducing the number of vias can significantly increase the speed.

(4) Para sa high-frequency circuit wiring, bigyang-pansin ang “cross interference” na ipinakilala ng parallel wiring ng signal line, iyon ay, crosstalk. Kung ang parallel distribution ay hindi maiiwasan, ang isang malaking lugar ng “ground” ay maaaring ayusin sa kabilang panig ng parallel signal line.

Upang lubos na mabawasan ang panghihimasok. Ang parallel na mga kable sa parehong layer ay halos hindi maiiwasan, ngunit sa dalawang katabing mga layer, ang direksyon ng mga kable ay dapat na patayo sa bawat isa. Ito ay hindi mahirap gawin sa PROTEL ngunit ito ay madaling makaligtaan. Sa “RoutIngLayers” sa “Design” menu na “rules”, piliin ang Horizontal para sa Toplayer at VerTIcal para sa BottomLayer. Bilang karagdagan, ang “Polygonplane” ay ibinibigay sa “lugar”

Ang pag-andar ng polygonal grid copper foil surface, kung ilalagay mo ang polygon bilang isang ibabaw ng buong naka-print na circuit board, at ikonekta ang tanso na ito sa GND ng circuit, maaari itong mapabuti ang mataas na dalas na anti-interference na kakayahan, Mayroon din itong mas malaking benepisyo para sa pagkawala ng init at lakas ng printing board.

(5) Magpatupad ng ground wire enclosure measures para sa partikular na mahahalagang linya ng signal o lokal na yunit. Ang “outline na mga napiling bagay” ay ibinibigay sa “Mga Tool”, at ang function na ito ay maaaring gamitin upang awtomatikong “balutin ang lupa” ng mga napiling mahalagang linya ng signal (tulad ng oscillation circuit LT at X1).

(6) Sa pangkalahatan, ang linya ng kuryente at linya ng saligan ng circuit ay mas malawak kaysa sa linya ng signal. Maaari mong gamitin ang “Mga Klase” sa menu na “Disenyo” upang pag-uri-uriin ang network, na nahahati sa network ng kuryente at network ng signal. Ito ay maginhawa upang itakda ang mga panuntunan sa mga kable. Ilipat ang lapad ng linya ng linya ng kuryente at linya ng signal.

(7) Ang iba’t ibang uri ng mga kable ay hindi maaaring bumuo ng isang loop, at ang ground wire ay hindi maaaring bumuo ng isang kasalukuyang loop. Kung nabuo ang isang loop circuit, magdudulot ito ng maraming interference sa system. Ang isang daisy chain wiring method ay maaaring gamitin para dito, na maaaring epektibong maiwasan ang pagbuo ng mga loop, sanga o tuod sa panahon ng mga kable, ngunit ito rin ay magdadala ng problema sa hindi madaling mga kable.

(8) Ayon sa data at disenyo ng iba’t ibang chips, tantyahin ang kasalukuyang dumaan sa circuit ng power supply at tukuyin ang kinakailangang lapad ng wire. Ayon sa empirical formula: W (lapad ng linya) ≥ L (mm/A) × I (A).

Ayon sa kasalukuyang, subukang dagdagan ang lapad ng linya ng kuryente at bawasan ang paglaban ng loop. Kasabay nito, gawin ang direksyon ng linya ng kuryente at ang linya ng lupa na pare-pareho sa direksyon ng paghahatid ng data, na tumutulong upang mapahusay ang kakayahan sa anti-ingay. Kung kinakailangan, ang isang high-frequency choke device na gawa sa copper wire wound ferrite ay maaaring idagdag sa power line at ground line upang harangan ang pagpapadaloy ng high-frequency na ingay.

(9) Ang lapad ng mga kable ng parehong network ay dapat panatilihing pareho. Ang mga pagkakaiba-iba sa lapad ng linya ay magdudulot ng hindi pantay na impedance ng katangian ng linya. Kapag ang bilis ng paghahatid ay mataas, ang pagmuni-muni ay magaganap, na dapat na iwasan hangga’t maaari sa disenyo. Kasabay nito, dagdagan ang lapad ng linya ng mga parallel na linya. Kapag ang distansya sa gitna ng linya ay hindi lalampas sa 3 beses sa lapad ng linya, ang 70% ng electric field ay maaaring mapanatili nang walang interference sa isa’t isa, na tinatawag na prinsipyo ng 3W. Sa ganitong paraan, ang impluwensya ng distributed capacitance at distributed inductance na dulot ng parallel lines ay maaaring madaig.

4 Disenyo ng power cord at ground wire

Upang malutas ang pagbaba ng boltahe na dulot ng ingay ng power supply at line impedance na ipinakilala ng high-frequency circuit, ang pagiging maaasahan ng power supply system sa high-frequency circuit ay dapat na ganap na isaalang-alang. Sa pangkalahatan, mayroong dalawang solusyon: ang isa ay ang paggamit ng teknolohiya ng power bus para sa mga kable; ang isa pa ay gumamit ng hiwalay na power supply layer. Sa paghahambing, ang proseso ng pagmamanupaktura ng huli ay mas kumplikado at ang gastos ay mas mahal. Samakatuwid, ang teknolohiya ng power bus na uri ng network ay maaaring gamitin para sa mga kable, upang ang bawat bahagi ay kabilang sa ibang loop, at ang kasalukuyang sa bawat bus sa network ay may posibilidad na maging balanse, na binabawasan ang pagbaba ng boltahe na dulot ng impedance ng linya.

Ang kapangyarihan ng paghahatid ng mataas na dalas ay medyo malaki, maaari kang gumamit ng isang malaking lugar ng tanso, at makahanap ng isang mababang paglaban sa lupa na eroplano sa malapit para sa maraming saligan. Dahil ang inductance ng grounding lead ay proporsyonal sa dalas at haba, ang karaniwang ground impedance ay tataas kapag mataas ang operating frequency, na magpapataas ng electromagnetic interference na nabuo ng common ground impedance, kaya ang haba ng ground wire ay kinakailangang maging maikli hangga’t maaari. Subukang bawasan ang haba ng linya ng signal at dagdagan ang lugar ng ground loop.

Magtakda ng isa o ilang mga high-frequency decoupling capacitor sa power at ground ng chip para magbigay ng malapit na high-frequency channel para sa transient current ng integrated chip, para hindi dumaan ang current sa power supply line na may malaking loop lugar, sa gayo’y lubos na nababawasan Ang ingay na radiated sa labas. Pumili ng mga monolithic ceramic capacitor na may magandang high-frequency signal bilang decoupling capacitor. Gumamit ng malalaking kapasidad na tantalum capacitor o polyester capacitor sa halip na mga electrolytic capacitor bilang energy storage capacitor para sa circuit charging. Dahil ang ibinahagi na inductance ng electrolytic capacitor ay malaki, ito ay hindi wasto para sa mataas na dalas. Kapag gumagamit ng mga electrolytic capacitor, gamitin ang mga ito sa mga pares na may mga decoupling capacitor na may mahusay na mga katangian ng mataas na dalas.

5 Iba pang mga diskarte sa disenyo ng high-speed circuit

Ang pagtutugma ng impedance ay tumutukoy sa isang gumaganang estado kung saan ang load impedance at ang panloob na impedance ng source ng paggulo ay iniangkop sa isa’t isa upang makuha ang pinakamataas na output ng kuryente. Para sa high-speed na mga kable ng PCB, upang maiwasan ang pagmuni-muni ng signal, ang impedance ng circuit ay kailangang 50 Ω. Ito ay isang tinatayang figure. Sa pangkalahatan, itinakda na ang baseband ng coaxial cable ay 50 Ω, ang frequency band ay 75 Ω, at ang twisted wire ay 100 Ω. Ito ay isang integer lamang, para sa kaginhawahan ng pagtutugma. Ayon sa tukoy na pagsusuri ng circuit, ang parallel na pagwawakas ng AC ay pinagtibay, at ang risistor at capacitor network ay ginagamit bilang ang impedance ng pagwawakas. Ang resistensya ng pagwawakas R ay dapat na mas mababa sa o katumbas ng impedance ng linya ng paghahatid Z0, at ang kapasidad C ay dapat na mas malaki kaysa sa 100 pF. Inirerekomenda na gumamit ng 0.1UF multilayer ceramic capacitors. Ang kapasitor ay may function ng pagharang sa mababang dalas at pagpasa ng mataas na dalas, kaya ang paglaban R ay hindi ang DC load ng pinagmumulan ng pagmamaneho, kaya ang paraan ng pagwawakas na ito ay walang anumang DC power consumption.

Ang Crosstalk ay tumutukoy sa hindi kanais-nais na boltahe na panghihimasok sa ingay na dulot ng electromagnetic coupling sa mga katabing linya ng transmission kapag ang signal ay kumakalat sa transmission line. Ang pagkabit ay nahahati sa capacitive coupling at inductive coupling. Ang sobrang crosstalk ay maaaring magdulot ng maling pag-trigger ng circuit at maging sanhi ng pagkabigo ng system na gumana nang normal. Ayon sa ilang mga katangian ng crosstalk, ilang pangunahing paraan upang mabawasan ang crosstalk ay maaaring buod:

(1) Palakihin ang line spacing, bawasan ang parallel length, at gamitin ang jog method para sa mga wiring kung kinakailangan.

(2) Kapag ang mga high-speed signal lines ay nakakatugon sa mga kundisyon, ang pagdaragdag ng termination matching ay maaaring mabawasan o maalis ang mga reflection, at sa gayon ay mabawasan ang crosstalk.

(3) Para sa microstrip transmission lines at strip transmission lines, ang paghihigpit sa trace height sa loob ng range sa itaas ng ground plane ay maaaring makabuluhang bawasan ang crosstalk.

(4) Kapag pinahihintulutan ang espasyo ng mga kable, maglagay ng ground wire sa pagitan ng dalawang wire na may mas seryosong crosstalk, na maaaring gumanap ng papel sa paghihiwalay at bawasan ang crosstalk.

Dahil sa kakulangan ng high-speed analysis at simulation guidance sa tradisyunal na disenyo ng PCB, ang kalidad ng signal ay hindi magagarantiyahan, at karamihan sa mga problema ay hindi matutuklasan hanggang sa plate-making test. Ito ay lubos na binabawasan ang kahusayan sa disenyo at pinatataas ang gastos, na malinaw na hindi kanais-nais sa mabangis na kumpetisyon sa merkado. Samakatuwid, para sa high-speed na disenyo ng PCB, ang mga tao sa industriya ay nagmungkahi ng isang bagong ideya sa disenyo, na naging isang “top-down” na paraan ng disenyo. Pagkatapos ng iba’t ibang pagsusuri at pag-optimize ng patakaran, karamihan sa mga posibleng problema ay naiwasan at maraming natipid ang nagawa. Oras upang matiyak na ang badyet ng proyekto ay natutugunan, ang mga de-kalidad na naka-print na board ay ginawa, at ang nakakapagod at magastos na mga error sa pagsubok ay maiiwasan.

Ang paggamit ng mga differential lines upang magpadala ng mga digital na signal ay isang epektibong panukala upang makontrol ang mga salik na sumisira sa integridad ng signal sa mga high-speed digital circuit. Ang differential line sa printed circuit board ay katumbas ng isang differential microwave integrated transmission line pair na gumagana sa quasi-TEM mode. Kabilang sa mga ito, ang differential line sa itaas o ibaba ng PCB ay katumbas ng coupled microstrip line at matatagpuan sa inner layer ng multilayer PCB Ang differential line ay katumbas ng isang broadside coupled strip line. Ang digital signal ay ipinapadala sa differential line sa isang odd-mode transmission mode, iyon ay, ang phase difference sa pagitan ng positibo at negatibong signal ay 180°, at ang ingay ay pinagsama sa isang pares ng differential lines sa isang karaniwang mode. Ang boltahe o kasalukuyang ng circuit ay ibinabawas, upang makuha ang signal upang maalis ang karaniwang ingay sa mode. Ang amplitude ng mababang boltahe o kasalukuyang output ng drive ng pares ng differential line ay tumutugon sa mga kinakailangan ng high-speed integration at mababang paggamit ng kuryente.

6 pangwakas na pangungusap

With the continuous development of electronic technology, it is imperative to understand the theory of signal integrity to guide and verify the design of high-speed PCBs. Some experience summarized in this article can help high-speed circuit PCB designers shorten the development cycle, avoid unnecessary detours, and save manpower and material resources. Designers must continue to research and explore in actual work, continue to accumulate experience, and combine new technologies to design high-speed PCB circuit boards with excellent performance.