В даний час високочастотні і високошвидкісна друкована плата дизайн став основним, і кожен інженер з компонування друкованих плат повинен бути досвідченим. Далі Banermei поділиться з вами деякими досвідом проектування експертів з апаратних засобів у високочастотних і високошвидкісних схемах друкованих плат, і я сподіваюся, що він буде корисним для всіх.

1. Як уникнути високочастотних перешкод?

Основна ідея уникнення високочастотних перешкод полягає в тому, щоб мінімізувати перешкоди електромагнітного поля високочастотних сигналів, які є так званими перехресними перешкодами (Crosstalk). Ви можете збільшити відстань між високошвидкісним сигналом та аналоговим сигналом або додати захисні/шунтові траси поруч із аналоговим сигналом. Також зверніть увагу на шумові перешкоди від цифрового заземлення до аналогового заземлення.

2. Як розглянути відповідність імпедансу при розробці схем розробки високошвидкісних друкованих плат?

При розробці схем високошвидкісних друкованих плат узгодження імпедансу є одним із елементів конструкції. Значення імпедансу має абсолютну залежність від методу підключення, наприклад, проходження по поверхневому шару (мікросмужкова) або внутрішньому шару (смужкова/подвійна смуга), відстань від еталонного шару (шару живлення або шар заземлення), ширину проводки, матеріал друкованої плати , і т. д. Обидва будуть впливати на значення характеристичного імпедансу траси. Тобто значення імпедансу можна визначити лише після підключення. Як правило, програмне забезпечення для моделювання не може врахувати деякі умови підключення з переривчастим опором через обмеження моделі схеми або використаного математичного алгоритму. У цей час на принциповій схемі можуть бути зарезервовані лише деякі термінатори (завершення), такі як послідовний опір. Пом’якшення ефекту розриву в слідовому імпедансі. Реальне рішення проблеми полягає в тому, щоб спробувати уникнути розривів імпедансу під час підключення.

3. При розробці високошвидкісних друкованих плат, які аспекти дизайнер повинен враховувати правила ЕМС та ЕМІ?

Як правило, при проектуванні EMI/EMC необхідно враховувати як випромінювані, так і провідні аспекти одночасно. Перший відноситься до більш високої частоти (<30 МГц), а другий – до нижчої (<30 МГц). Тому не можна просто звертати увагу на високу частоту і ігнорувати низькочастотну частину. Хороший дизайн EMI/EMC повинен враховувати розташування пристрою, розташування стека друкованих плат, важливий метод підключення, вибір пристрою тощо на початку макета. Якщо заздалегідь немає кращої домовленості, вона буде вирішена пізніше. Це дасть вдвічі кращий результат при половині зусиль і збільшить вартість. Наприклад, розташування тактового генератора не повинно бути близько до зовнішнього роз’єму. Високошвидкісні сигнали повинні якомога більше йти до внутрішнього шару. Зверніть увагу на відповідність характеристичного імпедансу та безперервність опорного шару, щоб зменшити відбиття. Швидкість наростання сигналу, що висувається пристроєм, повинна бути якомога меншою, щоб зменшити висоту. Частотні складові, вибираючи конденсатор розв’язки/байпаса, зверніть увагу на те, чи відповідає його частотна характеристика вимогам щодо зниження шуму на силовій площині. Крім того, зверніть увагу на зворотний шлях високочастотного сигнального струму, щоб площа контуру була якомога меншою (тобто опір петлі якомога меншим), щоб зменшити випромінювання. Землю також можна розділити, щоб контролювати діапазон високочастотного шуму. Нарешті, правильно виберіть заземлення шасі між друкованою платою та корпусом.

4. Як вибрати друковану плату?

Вибір плати для друкованої плати повинен досягти балансу між відповідністю вимогам до дизайну та масовим виробництвом та вартістю. Вимоги до конструкції включають як електричні, так і механічні частини. Зазвичай ця матеріальна проблема є більш важливою при проектуванні дуже швидкодіючих плат (частота більше ГГц). Наприклад, у широко використовуваного матеріалу FR-4, діелектричні втрати на частоті кілька ГГц будуть мати великий вплив на ослаблення сигналу і можуть не підійти. Що стосується електроенергії, зверніть увагу на те, чи підходять діелектрична проникність і діелектричні втрати для проектованої частоти.

5. Як максимально задовольнити вимоги ЕМС, не спричиняючи занадто великого тиску на витрати?

Підвищена вартість плати друкованої плати через ЕМС зазвичай пов’язана зі збільшенням кількості шарів заземлення для посилення ефекту екранування та додаванням феритових шарів, дроселів та інших пристроїв для придушення високочастотних гармоній. Крім того, зазвичай необхідно відповідати конструкції екранування на інших установах, щоб вся система відповідала вимогам ЕМС. Нижче наведено лише кілька методів проектування плати для друкованих плат для зменшення ефекту електромагнітного випромінювання, створеного схемою.

Спробуйте вибрати пристрій з меншою швидкістю наростання сигналу, щоб зменшити високочастотні складові, які генеруються сигналом.

Зверніть увагу на розміщення високочастотних компонентів, не надто близько до зовнішнього роз’єму.

Зверніть увагу на узгодження імпедансу високошвидкісних сигналів, шару проводки та його зворотного струму, щоб зменшити високочастотне відбиття та випромінювання.

Розмістіть достатню кількість відповідних роз’єднувальних конденсаторів на контактах живлення кожного пристрою, щоб зменшити шум на площині живлення та заземленні. Зверніть особливу увагу на те, чи відповідають АЧХ і температурні характеристики конденсатора проектним вимогам.

Заземлення біля зовнішнього роз’єму можна належним чином відокремити від заземлення, а заземлення роз’єму можна під’єднати до заземлення шасі поблизу.

Сліди захисту/шунта можуть бути належним чином використані поряд із деякими спеціальними високошвидкісними сигналами. Але зверніть увагу на вплив слідів захисту/шунта на характеристичний опір траси.

Силовий шар стискається на 20H від шару землі, а H – це відстань між шаром живлення та шаром землі.

6. На які аспекти слід звернути увагу при проектуванні, маршрутизації та компонуванні високочастотних друкованих плат вище 2G?

Високочастотні друковані плати вище 2G належать до розробки радіочастотних схем і не входять до сфери обговорення проектування високошвидкісних цифрових схем. Компонування та маршрутизація радіочастотного контуру слід розглядати разом зі схемою, оскільки розташування та маршрутизація спричинять ефекти розподілу. Крім того, деякі пасивні пристрої в конструкції радіочастотних схем реалізуються через параметризовані визначення та мідну фольгу спеціальної форми. Тому інструменти EDA необхідні для забезпечення параметризованих пристроїв та редагування мідної фольги спеціальної форми. На станції Mentor’s Boardstation є спеціальний РЧ-модуль дизайну, який відповідає цим вимогам. Більше того, загальний дизайн радіочастот вимагає спеціалізованих інструментів аналізу радіочастотних схем. Найвідомішим у галузі є eesoft від agilent, який має хороший інтерфейс із інструментами Mentor.

7. Чи вплине додавання тестових точок на якість високошвидкісних сигналів?

Чи вплине це на якість сигналу, залежить від методу додавання тестових точок і від того, наскільки швидкий сигнал. По суті, додаткові контрольні точки (не використовуйте наявні контакти переходу або DIP як контрольні точки) можна додати до лінії або витягнути коротку лінію з лінії. Перший еквівалентний додавання невеликого конденсатора в лінію, другий є додатковою гілкою. Обидві ці умови впливатимуть на високошвидкісний сигнал більш-менш, і ступінь ефекту пов’язана з частотною швидкістю сигналу та частотою фронту сигналу. Величина впливу може бути відома за допомогою моделювання. В принципі, чим менше контрольна точка, тим краще (звичайно, вона повинна відповідати вимогам тестового інструменту), чим коротше гілка, тим краще.