Elektronisches Design - Verkabelung von Hochfrequenzschaltungen

(1) Wiring skills for high-frequency circuits

Hochfrequenzschaltungen neigen zu hoher Integration und hoher Verdrahtungsdichte. Der Einsatz von Mehrschichtplatinen ist nicht nur für die Verdrahtung notwendig, aber auch ein wirksames Mittel zur Verringerung von Störungen.

Je weniger sich die Leitung zwischen den Pins von Hochfrequenzschaltungsgeräten verbiegt, desto besser. Der Führungsdraht der Hochfrequenzschaltkreisverdrahtung ist am besten, eine volle gerade Linie anzunehmen, die gedreht werden muss. Es kann durch 45° gebrochene Linie oder Kreisbogen gedreht werden. Diese Anforderung wird nur verwendet, um die Fixierungsfestigkeit von Kupferfolie in Niederfrequenzschaltungen zu verbessern, während in Hochfrequenzschaltungen dies erfüllt wird. Eine Anforderung kann die externe Emission und gegenseitige Kopplung von Hochfrequenzsignalen reduzieren.

Je kürzer die Leitung des Hochfrequenzschaltungsgeräts, desto besser.

Je weniger Bleischichten von Hochfrequenzschaltung-Gerätepins abwechseln, desto besser. Das heißt, je weniger Vias (Via) im Komponentenverbindungsprozess verwendet werden, desto besser. Es wird gemessen, dass ein Durchgang 0,5pF verteilte Kapazität erzeugen kann, und die Verringerung der Anzahl der Durchgänge kann die Geschwindigkeit signifikant erhöhen.

Achten Sie bei der Hochfrequenzschaltung auf das Übersprechen der Signalleitungen in enger Parallelführung. Wenn eine parallele Verteilung nicht vermieden werden kann, kann eine große Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der parallelen Signalleitungen angeordnet werden, um Störungen stark zu reduzieren. Es ist fast unumgänglich, horizontal in derselben Schicht zu laufen, aber die Richtungen der beiden benachbarten Schichten müssen senkrecht zueinander sein.

Mindestens ein Hochfrequenz-Entkopplungskondensator sollte in der Nähe jedes integrierten Schaltungsblocks (IC) eingestellt werden, und der Entkopplungskondensator sollte so nah wie möglich an der Vcc des Geräts sein.

Wenn der analoge Erdungskabel (AGND), der digitale Erdungskabel (DGND) usw. mit dem öffentlichen Erdungskabel verbunden sind, sollte eine Hochfrequenz-Drossel verwendet werden. Bei der eigentlichen Montage der Hochfrequenz-Drosselverbindung wird häufig die Hochfrequenz-Ferrit-Perle mit einem Draht in der Mitte verwendet. Sie kann als Induktor im Schaltplan verwendet werden, und ein Komponentenpaket und Verkabelung sind für sie separat in der PCB-Komponentenbibliothek definiert. Verschieben Sie es manuell in eine geeignete Position nahe der gemeinsamen Bodenlinie.

(2) Design method of electromagnetic compatibility (EMC) in PCB

Die Wahl des PCB-Basismaterials und die Einstellung der Anzahl der PCB-Schichten, die Auswahl elektronischer Komponenten und die elektromagnetischen Eigenschaften elektronischer Komponenten, das Layout der Komponenten, die Länge und Breite der Verbindungsleitungen zwischen Komponenten usw. schränken die elektromagnetische Verträglichkeit der Leiterplatte ein. Der integrierte Schaltungschip (IC) auf der Leiterplatte ist die Hauptenergiequelle für elektromagnetische Störungen (EMI).

1. Verdrahtungsregeln im Entwurf der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) von Hochfrequenz-Digitalschaltplatine

Hochfrequente digitale Signalkabel sollten kurz, im Allgemeinen kleiner als 2inch (5cm) und je kürzer, desto besser sein.

Die Hauptsignalleitungen konzentrieren sich am besten in der Mitte der Leiterplatte.

Die Taktgenerierungsschaltung sollte in der Nähe der Mitte der Leiterplatte sein, und der Taktlüfter-Ausgang sollte in Daisy Chain oder parallel verdrahtet werden.

Die Stromleitung sollte so weit wie möglich von der hochfrequenten digitalen Signalleitung entfernt oder durch die Erdungsleitung getrennt sein. Die Verteilung des Netzteils muss eine niedrige Induktivität aufweisen (Mehrkanalbauweise). Die Leistungsschicht in der mehrschichtigen Leiterplatte grenzt an die Masseschicht an, die einem Kondensator entspricht, der eine Filterrolle spielt. Stromleitung und Erdungsleitung auf derselben Schicht sollten so nah wie möglich sein. Die Kupferfolie um die Leistungsschicht sollte 20-mal so weit zurückgezogen werden wie die Bodenschicht, um sicherzustellen, dass das System eine bessere EMV-Leistung hat. Die Bodenebene sollte nicht geteilt werden. Wenn die Hochgeschwindigkeitssignalleitung über die Leistungsebene geteilt werden soll, sollten mehrere niederohmige Brückenkondensatoren in der Nähe der Signalleitung platziert werden.

Die für die Ein- und Ausgangsklemmen verwendeten Drähte sollten versuchen, nicht nebeneinander und parallel zu sein. Es ist am besten, Erdungsdrähte zwischen Drähten hinzuzufügen, um Rückkopplung zu vermeiden.

Wenn die Dicke der Kupferfolie 50um ist und die Breite 1-1.5mm ist, ist die Temperatur des Drahtes weniger als 3° Celsius durch einen Strom von 2A. Soweit möglich sollten die Drähte der Leiterplatte so breit wie möglich sein. Für integrierte Schaltungen, insbesondere die Signaldrähte von digitalen Schaltungen, wird normalerweise 4mil-12mil Drahtbreite verwendet. Die Strom- und Erdungskabel sind besser, eine Drahtbreite größer als 40mil zu verwenden. Der minimale Abstand der Drähte wird im schlimmsten Fall hauptsächlich durch den Isolationswiderstand und die Durchschlagsspannung zwischen den Drähten bestimmt, in der Regel wird ein Drahtabstand von mehr als 4mil gewählt. Um das Übersprechen zwischen den Drähten zu reduzieren, kann der Abstand zwischen den Drähten bei Bedarf erhöht werden, und der Massedraht kann als Isolation zwischen den Drähten eingesetzt werden.

In allen Schichten der Leiterplatte können digitale Signale nur im digitalen Teil der Leiterplatte geroutet werden, und analoge Signale können nur im analogen Teil der Leiterplatte geroutet werden. Die Masse der Niederfrequenzschaltung sollte möglichst parallel an einem einzigen Punkt geerdet werden. Wenn die eigentliche Verkabelung schwierig ist, kann sie teilweise in Reihe geschaltet und dann parallel geerdet werden. Um die Aufteilung von analogen und digitalen Netzteilen zu realisieren, kann die Verdrahtung die Lücke zwischen den geteilten Netzteilen nicht überschreiten. Die Signalleitung, die den Spalt zwischen den geteilten Netzteilen überqueren muss, sollte sich auf der Verdrahtungsschicht in der Nähe der großflächigen Masse befinden.

Es gibt zwei Hauptprobleme der elektromagnetischen Verträglichkeit, die durch Stromversorgung und Masse in PCB verursacht werden, eines ist Stromrauschen und das andere ist Erdrauschen. Versuchen Sie entsprechend der Größe des Leiterplattenstroms, die Breite der Stromleitung zu vergrößern und den Schleifenwiderstand zu reduzieren. Gleichzeitig müssen die Richtung der Stromleitung und der Erdungsleitung mit der Richtung der Datenübertragung übereinstimmen, was zur Verbesserung der Lärmschutzfähigkeit beiträgt. Derzeit kann das Rauschen der Stromversorgung und der Erdungsebene nur durch die Messung von Prototypenprodukten oder der Kapazität des Entkopplungskondensators durch erfahrene Ingenieure basierend auf ihrer Erfahrung auf den Standardwert eingestellt werden.

2. Layoutregeln im Entwurf der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) von Hochfrequenz-Digitalschaltplatine

Das Layout der Schaltung muss die Stromschleife reduzieren und die Verbindung zwischen Hochfrequenzkomponenten so weit wie möglich verkürzen. Der Abstand zwischen den anfälligen Komponenten sollte nicht zu eng sein und die Ein- und Ausgangskomponenten sollten so weit wie möglich entfernt sein.

Ordnen Sie die Position jeder funktionalen Schaltungseinheit entsprechend dem Schaltungsfluss an, so dass das Layout für die Signalzirkulation geeignet ist und das Signal in der gleichen Richtung wie möglich gehalten wird.

Nehmen Sie die Kernkomponente jeder Funktionsschaltung als Zentrum und legen Sie sie um. Die Komponenten sollten gleichmäßig, sauber und kompakt auf der Leiterplatte angeordnet sein, und die Leitungsverbindungen zwischen den Komponenten sollten so weit wie möglich verkürzt werden.

Die Leiterplatte ist in unabhängige und vernünftige analoge Schaltungsbereiche und digitale Schaltungsbereiche unterteilt, und die A/D-Wandler werden über Partitionen platziert.

Eine der herkömmlichen Methoden des Designs der elektromagnetischen Kompatibilität von Leiterplatten besteht darin, geeignete Entkopplungskondensatoren auf jedem Schlüsselteil der Leiterplatte zu konfigurieren.

(Drei), Signalintegritätsanalyse (SI)

Signalintegrität (Signalintegrität) bezeichnet als SI, bezieht sich auf die Qualität des Signals auf der Signalleitung und die Fähigkeit des Signals, mit dem richtigen Timing und der richtigen Spannung in der Schaltung zu reagieren.

Die hohe Schaltgeschwindigkeit von integrierten Schaltchips (IC) oder Logikgeräten, falsche Anordnung von Abschlusskomponenten oder falsche Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitssignalen können zu Reflexion, Übersprechen, Über- und Unterschwingen führen. Probleme mit der Signalintegrität wie Unterschießen) und Klingeln (Klingeln) können dazu führen, dass das System falsche Daten ausgibt und die Schaltung möglicherweise nicht richtig oder gar nicht funktioniert.

Integrität und Design des PCB-Signals

In PCB Design, PCB Designer müssen das Layout und die Verdrahtung von Komponenten integrieren und welche SI-Problemlösungsmethoden jeweils verwendet werden sollten, um das Signalintegritätsproblem des Systems besser zu lösen. Leiterplatte. In einigen Fällen, Die Wahl des IC kann die Anzahl und Schwere der SI-Probleme bestimmen. Schaltzeit oder Kantenrate bezieht sich auf die Geschwindigkeit des IC-Zustandsübergangs. Die faster the IC edge rate, je höher die Wahrscheinlichkeit von SI-Problemen. Es ist sehr wichtig, das Gerät richtig zu beenden.

Die häufig verwendete Methode zur Reduzierung von Signalintegritätsproblemen in PCB-Design is to add termination components on the transmission line. Im Prozess der Kündigung, Es ist notwendig, die Anforderungen an die Anzahl der Komponenten abzuwägen, Signalschaltgeschwindigkeit und Stromverbrauch des Schaltkreises. Zum Beispiel, das Hinzufügen von Abschlusskomponenten bedeutet, dass PCB Designer haben weniger Platz für die Verkabelung, und es wird schwieriger sein, Terminierungskomponenten in den späteren Phasen des Layoutprozesses hinzuzufügen, weil für neue Komponenten und Verkabelungen angemessener Platz reserviert werden muss. Daher, am Anfang der LeiterplattenLayout, Es ist notwendig herauszufinden, ob Anschlusskomponenten platziert werden müssen.