Với sự gia tăng của tốc độ chuyển mạch đầu ra mạch tích hợp và PCB hội đồng quản trị Mật độ, Tính toàn vẹn tín hiệu đã trở thành một trong những vấn đề cần được quan tâm trong thiết kế PCB kỹ thuật số tốc độ cao. Các thông số của các thành phần và bảng mạch PCB, cách bố trí các thành phần trên bảng mạch PCB, cách đấu dây của Đường tín hiệu tốc độ cao và các yếu tố khác, Có thể gây ra vấn đề với tính toàn vẹn của tín hiệu.

Đối với bố trí PCB, tính toàn vẹn của tín hiệu yêu cầu bố trí bảng không ảnh hưởng đến thời gian hoặc điện áp của tín hiệu, trong khi đối với hệ thống dây mạch, tính toàn vẹn của tín hiệu yêu cầu các yếu tố kết thúc, chiến lược bố trí và thông tin đi dây. Tốc độ tín hiệu cao trên PCB, vị trí không chính xác của các thành phần cuối hoặc đấu dây không chính xác của tín hiệu tốc độ cao có thể gây ra các vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu, có thể khiến hệ thống xuất dữ liệu không chính xác, mạch hoạt động không đúng hoặc hoàn toàn không hoạt động. Làm thế nào để xem xét đầy đủ tính toàn vẹn của tín hiệu và thực hiện các biện pháp kiểm soát hiệu quả trong thiết kế PCB đã trở thành một chủ đề nóng trong ngành thiết kế PCB.

Tính toàn vẹn của tín hiệu Vấn đề Tính toàn vẹn của tín hiệu có nghĩa là tín hiệu có thể đáp ứng với các giá trị thời gian và mức điện áp chính xác khi được yêu cầu. Ngược lại, khi tín hiệu không phản hồi đúng cách, có vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu. Các vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu có thể dẫn đến hoặc trực tiếp dẫn đến biến dạng tín hiệu, lỗi thời gian, dữ liệu, địa chỉ và đường điều khiển không chính xác, hệ thống hoạt động sai hoặc thậm chí là sự cố hệ thống. Trong quá trình thực hành thiết kế PCB, người ta đã tích lũy được rất nhiều quy tắc thiết kế PCB. Trong thiết kế PCB, tính toàn vẹn tín hiệu của PCB có thể đạt được tốt hơn bằng cách tham khảo cẩn thận các quy tắc thiết kế này.

Khi thiết kế PCB, trước tiên chúng ta nên hiểu thông tin thiết kế của toàn bộ bảng mạch, chủ yếu bao gồm:

1. Số lượng thiết bị, kích thước thiết bị, gói thiết bị, tỷ lệ chip, cho dù PCB được chia thành khu vực tốc độ thấp, tốc độ trung bình và tốc độ cao, là khu vực đầu vào và đầu ra giao diện;

2. Các yêu cầu bố trí tổng thể, vị trí bố trí thiết bị, cho dù có một thiết bị công suất cao, thiết bị chip tản nhiệt yêu cầu đặc biệt;

3. Loại đường tín hiệu, tốc độ và hướng truyền, các yêu cầu kiểm soát trở kháng của đường tín hiệu, hướng tốc độ xe buýt và tình huống lái xe, các tín hiệu chính và các biện pháp bảo vệ;

4. Loại nguồn điện, loại đất nền, các yêu cầu về khả năng chịu ồn đối với nguồn điện và mặt đất, thiết lập và phân đoạn nguồn điện và mặt phẳng đất;

5. Các loại và tỷ lệ của các dòng đồng hồ, nguồn và hướng của các dòng đồng hồ, yêu cầu về độ trễ của đồng hồ, yêu cầu về dòng dài nhất.

Thiết kế lớp PCB

Sau khi nắm được thông tin cơ bản của bảng mạch, cần cân nhắc các yêu cầu thiết kế về giá thành bảng mạch và tính toàn vẹn của tín hiệu mà chọn số lớp dây hợp lý. Hiện nay, bảng mạch đã dần phát triển từ một lớp, hai lớp và bốn lớp sang nhiều lớp hơn. Thiết kế PCB nhiều lớp có thể cải thiện bề mặt tham chiếu của định tuyến tín hiệu và cung cấp đường truyền ngược cho tín hiệu, đây là biện pháp chính để đạt được tính toàn vẹn của tín hiệu tốt. Khi thiết kế phân lớp PCB, hãy tuân theo các quy tắc sau:

1. Mặt phẳng chuẩn tốt nhất phải là mặt phẳng nền. Cả nguồn điện và mặt đất đều có thể được sử dụng làm mặt phẳng tham chiếu và cả hai đều có chức năng che chắn nhất định. Tuy nhiên, hiệu quả che chắn của mặt phẳng cung cấp điện thấp hơn nhiều so với mặt đất do trở kháng đặc tính của nó cao hơn và chênh lệch tiềm năng lớn hơn giữa mặt phẳng cung cấp điện và mặt đất chuẩn.

2. Mạch kỹ thuật số và mạch tương tự được phân lớp. Khi chi phí thiết kế cho phép, tốt nhất nên bố trí các mạch kỹ thuật số và mạch tương tự trên các lớp riêng biệt. Nếu phải bố trí trong cùng một lớp dây, có thể dùng rãnh, nối thêm đường tiếp địa, các phương pháp như chia vạch để khắc phục. Nguồn điện tương tự và kỹ thuật số và mặt đất phải được tách biệt, không bao giờ được trộn lẫn.

3. Định tuyến tín hiệu chính của các lớp liền kề không vượt qua khu vực phân đoạn. Tín hiệu sẽ tạo thành một vòng tín hiệu lớn trên toàn vùng và tạo ra bức xạ mạnh. Nếu cáp tín hiệu phải vượt qua khu vực khi cáp nối đất bị chia cắt, một điểm duy nhất có thể được kết nối giữa mặt đất để tạo thành cầu kết nối giữa hai điểm tiếp đất, và sau đó cáp có thể được chuyển qua cầu kết nối.

4. Cần có một mặt phẳng tương đối hoàn chỉnh bên dưới bề mặt cấu kiện. Tính toàn vẹn của mặt phẳng nền phải được duy trì càng xa càng tốt đối với tấm nhiều lớp. Thông thường không có đường tín hiệu nào được phép chạy trong mặt đất.

5, tần số cao, tốc độ cao, đồng hồ và các đường tín hiệu chính khác nên có mặt đất liền kề. Theo cách này, khoảng cách giữa đường tín hiệu và đường nối đất chỉ là khoảng cách giữa các lớp PCB, do đó dòng điện thực tế luôn chạy trong đường đất ngay bên dưới đường tín hiệu, tạo thành diện tích vòng lặp tín hiệu nhỏ nhất và giảm bức xạ.

Cách thiết kế tín hiệu PCB toàn vẹn

Thiết kế bố trí PCB

Chìa khóa của thiết kế toàn vẹn tín hiệu của bảng in là bố cục và hệ thống dây điện, liên quan trực tiếp đến hiệu suất của PCB. Trước khi bố trí, kích thước PCB phải được xác định để đáp ứng chức năng với chi phí thấp nhất có thể. Nếu PCB quá lớn và được phân bổ, đường truyền có thể rất dài, dẫn đến tăng trở kháng, giảm khả năng chống ồn và tăng giá thành. Nếu các thành phần được đặt gần nhau, khả năng tản nhiệt kém và có thể xảy ra hiện tượng nhiễu xuyên âm khớp nối trong hệ thống dây điện liền kề. Do đó, việc bố trí phải dựa trên các đơn vị chức năng của mạch, đồng thời xem xét khả năng tương thích điện từ, tản nhiệt và các yếu tố giao diện.

Khi đặt PCB với các tín hiệu tương tự và kỹ thuật số hỗn hợp, không được trộn lẫn tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu tương tự. Nếu tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số phải được trộn lẫn, hãy đảm bảo xếp hàng theo chiều dọc để giảm ảnh hưởng của việc ghép chéo. Mạch kỹ thuật số, mạch tương tự và mạch tạo tiếng ồn trên bảng mạch phải được tách biệt, và mạch nhạy cảm phải được định tuyến trước, đồng thời loại bỏ đường ghép nối giữa các mạch. Đặc biệt, hãy quan tâm đến đồng hồ, các đường reset và ngắt, không mắc song song các đường này với các đường dây công tắc dòng cao, nếu không dễ bị hỏng tín hiệu ghép điện từ, gây reset hoặc ngắt không mong muốn. Bố cục tổng thể phải tuân theo các nguyên tắc sau:

1. Cách bố trí phân vùng chức năng, mạch tương tự và mạch số trên PCB nên bố trí không gian khác nhau.

2. Theo quy trình tín hiệu mạch để sắp xếp các đơn vị mạch chức năng, để dòng tín hiệu duy trì cùng một hướng.

3. Lấy các thành phần cốt lõi của mỗi đơn vị mạch chức năng làm trung tâm, và các thành phần khác được bố trí xung quanh nó.

4. Rút ngắn kết nối giữa các thành phần tần số cao càng nhiều càng tốt và cố gắng giảm các tham số phân phối của chúng.

5. Các thành phần dễ bị xáo trộn không nên quá gần nhau, các thành phần đầu vào và đầu ra nên ở xa.

Cách thiết kế tín hiệu PCB toàn vẹn

Thiết kế dây PCB

Tất cả các đường tín hiệu nên được phân loại trước khi đấu dây PCB. Trước hết, đường đồng hồ, đường tín hiệu nhạy cảm, và sau đó là đường tín hiệu tốc độ cao, để đảm bảo rằng loại tín hiệu thông qua lỗ là đủ, thông số phân phối của các đặc tính tốt, và sau đó là đường tín hiệu chung không quan trọng.

Các đường tín hiệu không tương thích nên cách xa nhau và không đi dây song song, chẳng hạn như kỹ thuật số và tương tự, tốc độ cao và tốc độ thấp, dòng điện cao và dòng điện nhỏ, điện áp cao và điện áp thấp. Cáp tín hiệu trên các lớp khác nhau nên được định tuyến theo chiều dọc với nhau để giảm nhiễu xuyên âm. Việc bố trí các đường tín hiệu được bố trí tốt nhất là theo hướng dòng chảy của tín hiệu. Đường tín hiệu đầu ra của mạch không được rút trở lại khu vực đường tín hiệu đầu vào. Các đường tín hiệu tốc độ cao nên được giữ càng ngắn càng tốt để tránh gây nhiễu cho các đường tín hiệu khác. Trên bảng điều khiển kép, nếu cần thiết, dây nối đất cách ly có thể được thêm vào cả hai bên của đường tín hiệu tốc độ cao. Tất cả các đường đồng hồ tốc độ cao trên bảng đa lớp phải được che chắn theo độ dài của đường đồng hồ.

Các nguyên tắc chung để đi dây là:

1. Càng xa càng tốt để chọn thiết kế dây mật độ thấp, và dây tín hiệu càng xa càng tốt, độ dày phù hợp nhất có thể, có lợi cho việc kết hợp trở kháng. Đối với mạch rf, việc thiết kế không hợp lý về hướng, độ rộng và khoảng cách đường truyền tín hiệu có thể gây nhiễu chéo giữa các đường truyền tín hiệu.

2. Càng xa càng tốt để tránh các dây đầu vào và đầu ra liền kề và đi dây song song khoảng cách dài. Để giảm nhiễu xuyên âm của các đường tín hiệu song song, khoảng cách giữa các đường tín hiệu có thể được tăng lên hoặc có thể chèn các đai cách ly giữa các đường tín hiệu.

3. Độ rộng dòng trên PCB phải đồng đều và không xảy ra đột biến độ rộng dòng. Dây PCB uốn cong không nên sử dụng góc 90 độ, nên sử dụng cung hoặc góc 135 độ, càng xa càng tốt để duy trì tính liên tục của trở kháng đường dây.

4. Giảm thiểu diện tích của vòng lặp hiện tại. Cường độ bức xạ ngoài của mạch mang dòng tỉ lệ với cường độ dòng điện đi qua, diện tích vòng dây và bình phương tần số tín hiệu. Giảm diện tích vòng lặp hiện tại có thể làm giảm nhiễu ĐIỆN TỪ của PCB.

5. Giảm chiều dài của dây, tăng chiều rộng của dây càng tốt, có lợi cho việc giảm trở kháng của dây.

6. Đối với tín hiệu điều khiển công tắc, số lượng dây PCB SIGNAL thay đổi trạng thái cùng lúc nên giảm càng nhiều càng tốt.