Şu anda, yüksek frekanslı ve yüksek hızlı PCB tasarım ana akım haline geldi ve her PCB Düzen mühendisi yetkin olmalıdır. Ardından Banermei, donanım uzmanlarının yüksek frekanslı ve yüksek hızlı PCB devrelerindeki tasarım deneyimlerinden bazılarını sizlerle paylaşacak ve umarım herkese faydalı olur.

1. Yüksek frekanslı parazit nasıl önlenir?

Yüksek frekanslı parazitlerden kaçınmanın temel fikri, karışma (Crosstalk) olarak adlandırılan yüksek frekanslı sinyallerin elektromanyetik alan girişimini en aza indirmektir. Yüksek hızlı sinyal ile analog sinyal arasındaki mesafeyi artırabilir veya analog sinyalin yanına toprak koruma/şönt izleri ekleyebilirsiniz. Ayrıca dijital zeminden analog zemine gürültü girişimine dikkat edin.

2. Yüksek hızlı PCB tasarım şemaları tasarlanırken empedans eşleşmesi nasıl dikkate alınır?

Yüksek hızlı PCB devreleri tasarlarken, empedans uyumu tasarım öğelerinden biridir. Empedans değeri, yüzey katmanı (mikro şerit) veya iç katman (şerit/çift şerit), referans katmanından uzaklık (güç katmanı veya toprak katmanı), kablo genişliği, PCB malzemesi gibi kablolama yöntemiyle mutlak bir ilişkiye sahiptir. , vb. Her ikisi de izin karakteristik empedans değerini etkiler. Yani empedans değeri ancak kablolamadan sonra belirlenebilir. Genel olarak simülasyon yazılımı, devre modelinin veya kullanılan matematiksel algoritmanın sınırlaması nedeniyle süreksiz empedanslı bazı kablolama koşullarını hesaba katamaz. Şu anda, şematik diyagramda yalnızca seri direnç gibi bazı sonlandırıcılar (sonlandırma) rezerve edilebilir. İz empedansındaki süreksizliğin etkisini hafifletin. Sorunun gerçek çözümü, kablolama sırasında empedans süreksizliklerinden kaçınmaya çalışmaktır.

3. Yüksek hızlı PCB tasarımında, tasarımcı EMC ve EMI kurallarını hangi yönleri dikkate almalıdır?

Genel olarak, EMI/EMC tasarımının hem yayılan hem de iletilen yönleri aynı anda dikkate alması gerekir. Birincisi daha yüksek frekans kısmına (<30MHz) aittir ve ikincisi daha düşük frekans kısmına (<30MHz) aittir. Yani sadece yüksek frekansa dikkat edip düşük frekans kısmını görmezden gelemezsiniz. İyi bir EMI/EMC tasarımı, yerleşimin başında cihazın konumu, PCB yığın düzeni, önemli bağlantı yöntemi, cihaz seçimi vb. Önceden daha iyi bir düzenleme yoksa, daha sonra çözülecektir. Yarı çabayla sonucu iki katına çıkaracak ve maliyeti artıracaktır. Örneğin saat üretecinin konumu harici konektöre yakın olmamalıdır. Yüksek hızlı sinyaller mümkün olduğunca iç katmana gitmelidir. Yansımaları azaltmak için karakteristik empedans uyumuna ve referans katmanının sürekliliğine dikkat edin. Yüksekliği azaltmak için cihaz tarafından itilen sinyalin dönüş hızı mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Frekans bileşenleri, bir ayırma/baypas kapasitörü seçerken, frekans yanıtının güç düzlemindeki gürültüyü azaltmak için gereksinimleri karşılayıp karşılamadığına dikkat edin. Ek olarak, radyasyonu azaltmak için döngü alanını mümkün olduğunca küçük (yani, döngü empedansını mümkün olduğunca küçük) yapmak için yüksek frekanslı sinyal akımının dönüş yoluna dikkat edin. Zemin, yüksek frekanslı gürültü aralığını kontrol etmek için de bölünebilir. Son olarak, PCB ile muhafaza arasındaki şasi topraklamasını uygun şekilde seçin.

4. PCB kartı nasıl seçilir?

PCB kartı seçimi, tasarım gereksinimlerinin karşılanması ile seri üretim ve maliyet arasında bir denge sağlamalıdır. Tasarım gereksinimleri hem elektrikli hem de mekanik parçaları içerir. Genellikle bu malzeme sorunu, çok yüksek hızlı PCB kartları (GHz’den büyük frekans) tasarlanırken daha önemlidir. Örneğin, yaygın olarak kullanılan FR-4 malzemesi, birkaç GHz frekansında dielektrik kaybı, sinyal zayıflaması üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır ve uygun olmayabilir. Elektrik söz konusu olduğunda, dielektrik sabitinin ve dielektrik kaybının tasarlanan frekans için uygun olup olmadığına dikkat edin.

5. Çok fazla maliyet baskısı yaratmadan EMC gerekliliklerini mümkün olduğunca nasıl karşılayabilirim?

EMC’ye bağlı olarak artan PCB kartı maliyeti, genellikle koruma etkisini arttırmak için zemin katmanlarının sayısının artması ve ferrit boncuk, jikle ve diğer yüksek frekanslı harmonik bastırma cihazlarının eklenmesinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca, tüm sistemin EMC gereksinimlerini geçmesini sağlamak için genellikle diğer kurumlardaki ekranlama yapısının eşleşmesi gerekir. Aşağıdakiler, devre tarafından üretilen elektromanyetik radyasyon etkisini azaltmak için yalnızca birkaç PCB kartı tasarım tekniği sağlar.

Sinyal tarafından üretilen yüksek frekans bileşenlerini azaltmak için daha yavaş sinyal dönüş hızına sahip bir cihaz seçmeye çalışın.

Harici konektöre çok yakın olmayan yüksek frekanslı bileşenlerin yerleştirilmesine dikkat edin.

Yüksek frekanslı yansıma ve radyasyonu azaltmak için yüksek hızlı sinyallerin, kablolama katmanının ve dönüş akımı yolunun empedans uyumuna dikkat edin.

Güç düzlemi ve yer düzlemindeki gürültüyü azaltmak için her aygıtın güç kaynağı pimlerine yeterli ve uygun ayırma kapasitörleri yerleştirin. Kondansatörün frekans tepkisi ve sıcaklık özelliklerinin tasarım gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığına özellikle dikkat edin.

Harici konektörün yanındaki toprak, topraktan düzgün bir şekilde ayrılabilir ve konektörün toprağı, yakındaki kasa toprağına bağlanabilir.

Yer koruma/şönt izleri, bazı özel yüksek hızlı sinyallerin yanında uygun şekilde kullanılabilir. Ancak koruma/şönt izlerinin izin karakteristik empedansı üzerindeki etkisine dikkat edin.

Güç katmanı, zemin katmanından 20H küçülür ve H, güç katmanı ile zemin katmanı arasındaki mesafedir.

6. 2G üzerinde yüksek frekanslı PCB’nin tasarımı, yönlendirilmesi ve yerleşimi sırasında hangi hususlara dikkat edilmelidir?

2G’nin üzerindeki yüksek frekanslı PCB’ler, radyo frekansı devrelerinin tasarımına aittir ve yüksek hızlı dijital devre tasarımı tartışması kapsamında değildir. Radyo frekansı devresinin yerleşimi ve yönlendirmesi şematik ile birlikte düşünülmelidir, çünkü yerleşim ve yönlendirme dağıtım etkilerine neden olacaktır. Ayrıca radyo frekans devrelerinin tasarımında bazı pasif cihazlar, parametreli tanımlamalar ve özel şekilli bakır folyolar aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle, parametreli cihazlar sağlamak ve özel şekilli bakır folyoları düzenlemek için EDA araçları gereklidir. Mentor’s boardstation, bu gereksinimleri karşılayabilecek özel bir RF tasarım modülüne sahiptir. Ayrıca, genel RF tasarımı, özel RF devre analiz araçları gerektirir. Sektördeki en ünlüsü, Mentor’un araçlarıyla iyi bir arayüze sahip olan agilent’s eesoft’tur.

7. Test noktaları eklemek, yüksek hızlı sinyallerin kalitesini etkiler mi?

Sinyal kalitesini etkileyip etkilemeyeceği, test noktaları ekleme yöntemine ve sinyalin ne kadar hızlı olduğuna bağlıdır. Temel olarak, hatta ek test noktaları (mevcut via veya DIP pinini test noktaları olarak kullanmayın) hatta eklenebilir veya hattan kısa bir hat çekilebilir. İlki, hatta küçük bir kapasitör eklemeye eşdeğerdir, ikincisi ekstra bir daldır. Bu koşulların her ikisi de yüksek hızlı sinyali az çok etkileyecektir ve etkinin kapsamı, sinyalin frekans hızı ve sinyalin kenar hızı ile ilgilidir. Etkinin büyüklüğü simülasyon yoluyla bilinebilir. Prensip olarak, test noktası ne kadar küçükse, o kadar iyidir (elbette, test aracının gereksinimlerini karşılamalıdır) dal ne kadar kısa olursa o kadar iyidir.