Elektronisches Design - Richtlinien für das Design von Leiterplatten mit gemischtem Signal

Für modernes Board Design, das Konzept der Mischsignal-Leiterplatte ist relativ vage, denn auch bei rein "digitalen" Geräten, Es gibt noch analoge Schaltungen und analoge Effekte. Daher, in den frühen Stadien des Entwurfs, um eine strikte zeitliche Zuweisung zuverlässig zu erreichen, Simulationseffekte müssen simuliert werden.

Eine weitere Schwierigkeit im modernen Mixed-Signal-PCB-Design ist, dass es immer mehr verschiedene digitale Logikgeräte wie GTL, LVTTL, LVCMOS und LVDS-Logik gibt. Die Logikschwelle und die Spannungsschwankung jeder Logikschaltung sind unterschiedlich, aber diese unterschiedlichen Logikschwellen Die Schaltung mit der Spannungsschwankung muss zusammen auf einer Leiterplatte entworfen werden. Hier können durch eine gründliche Analyse des Layouts und des VerdrahtungsDesigns von Hochleistungs-Mixed-Signal-Leiterplatten erfolgreiche Strategien und Technologien gemeistert werden.

Grundlagen der Verdrahtung von Mischsignalschaltungen

Wenn digitale und analoge Schaltungen die gleichen Komponenten auf derselben Platine teilen, müssen das Layout und die Verdrahtung der Schaltung methodisch sein. Die Matrix in Abbildung 1 ist hilfreich für das Design und die Planung von Mixed-Signal-Leiterplatten. Nur durch die Enthüllung der Eigenschaften digitaler und analoger Schaltungen können die erforderlichen PCB-Designziele im tatsächlichen Layout und der Verdrahtung erreicht werden.

Im Mixed-Signal-PCB-Design gibt es spezielle Anforderungen an die Stromversorgungskabelung, und analoges Rauschen und digitales Schaltungsgeräusch müssen voneinander isoliert werden, um Rauschkopplung zu vermeiden. Infolgedessen steigt die Komplexität des Layouts und der Verkabelung. Die besonderen Anforderungen an Stromübertragungsleitungen und die Anforderung, Rauschkopplung zwischen analogen und digitalen Schaltungen zu isolieren, haben die Komplexität des Layouts und der Verdrahtung von Mixed-Signal-Leiterplatten weiter erhöht.

Layout und Routing der modernen Mischsignal-Leiterplatte

Im Folgenden wird die Technologie des Mixed-Signal PCB Layouts und Routings durch das Design der OC48 Schnittstellenkarte veranschaulicht. OC48 steht für Optical Carrier Standard 48, der sich grundsätzlich an der seriellen optischen Kommunikation 2.5Gb orientiert. Es ist einer der hochleistungsfähigen optischen Kommunikationsstandards in modernen Kommunikationsgeräten. Die OC48 Schnittstellenkarte enthält mehrere typische Mixed-Signal PCB Layout und Verdrahtungsprobleme. Der Layout- und Verdrahtungsprozess spezifiziert die Reihenfolge und Schritte, um das gemischte PCB-Layoutschema zu lösen.

Die OC48-Karte enthält einen optischen Transceiver, der die bidirektionale Umwandlung von optischen Signalen und analogen elektrischen Signalen realisiert. Analoger Signaleingang oder -ausgang digitaler Signalprozessor, DSP wandelt diese analogen Signale in digitale Logikpegel um, die mit Mikroprozessor, programmierbarem Gate-Array, DSP und Mikroprozessor-Systemschnittstellenschaltung auf OC48-Kartengerät verbunden werden können. Die unabhängige phasenverriegelte Schleife, Leistungsfilter und lokale Referenzspannungsquelle sind ebenfalls integriert.

Unter ihnen ist der Mikroprozessor ein Multi-Power-Gerät, die Hauptleistung ist 2V, und die 3.3V I/O-Signalleistung wird von anderen digitalen Geräten auf der Platine geteilt. Unabhängige digitale Taktquelle bietet Takt für OC48 I/O, Mikroprozessor und System I/O.

OC48 KartenLayout

Das analoge Hochgeschwindigkeitssignal zwischen dem optischen Transceiver und dem DSP ist sehr empfindlich gegenüber externen Rauschen. Ebenso verursachen alle speziellen Stromversorgungs- und Referenzspannungsschaltungen auch eine große Kopplung zwischen den analogen und digitalen Stromübertragungsschaltungen der Karte. Manchmal muss, begrenzt durch die Form des Chassis, eine hochdichte Platte entworfen werden. Aufgrund der hohen Position der externen optischen Kabelzugangskarte und der relativ hohen Komponentengröße des optischen Transceivers ist die Position des Transceivers in der Karte weitgehend festgelegt. Die Position der System-I/O-Steckverbinder und die Signalverteilung sind ebenfalls fix. Dies ist die grundlegende Arbeit, die vor dem Layout abgeschlossen werden muss.

Wie die meisten erfolgreichen analogen High-Density-Layout- und Routingschemata muss das Layout die Routinganforderungen erfüllen, und die Layout- und Routinganforderungen müssen ausgewogen sein. Für den analogen Teil einer Mixed-Signal-Leiterplatte und einen lokalen CPU-Kern mit einer 2V-Betriebsspannung wird nicht empfohlen, das "Layout vor der Verdrahtung"-Verfahren zu verwenden. Für die OC48-Karte sollte der DSP-Analogschaltungsteil einschließlich der analogen Referenzspannung und des analogen Stromversorgungs-Bypass-Kondensators zuerst interaktiv verdrahtet werden. Nach Abschluss der Verdrahtung sollte der gesamte DSP mit analogen Komponenten und Verkabelung nah genug an den optischen Transceiver platziert werden, um die kürzeste Verdrahtungslänge, Biegung und Durchgänge vom analogen Hochgeschwindigkeits-Differenzsignal zum DSP vollständig sicherzustellen. Die Symmetrie des differentiellen Layouts und Routings reduziert die Auswirkungen von Gleichtaktrauschen. Es ist jedoch schwierig, den besten Plan für das Layout vor dem Routing vorherzusagen.

Wenden Sie sich an den Chipverteiler für Konstruktionsrichtlinien für PCB layout. Vor der Gestaltung gemäß den Richtlinien, Es ist notwendig, vollständig mit dem Anwendungstechniker des Distributors zu kommunizieren. Viele Chipverteiler haben strenge Zeitbeschränkungen bei der Bereitstellung hochwertiger Layoutempfehlungen. Manchmal, Die Lösungen, die sie anbieten, sind für "First-Level-Kunden", die das Gerät verwenden, machbar. In the field of signal integrity (SI) design, Das Design der Signalintegrität neuer Geräte ist besonders wichtig. Entsprechend den grundlegenden Richtlinien des Distributors und kombiniert mit den spezifischen Anforderungen jedes Power- und Massepunkts im Paket, Sie können beginnen, die OC48-Karte mit integriertem DSP und Mikroprozessor auszulegen und zu routen.

Nachdem die Lage und Verdrahtung des Hochfrequenz-Analogteils bestimmt sind, können die verbleibenden digitalen Schaltungen gemäß dem im Blockdiagramm gezeigten Gruppierungsverfahren platziert werden. Achten Sie darauf, die folgenden Schaltungen sorgfältig zu entwerfen: die Position der PLL-Leistungsfilterschaltung in der CPU mit hoher Empfindlichkeit gegenüber analogen Signalen; der lokale CPU-Kernspannungsregler; die Referenzspannungsschaltung für den "digitalen" Mikroprozessor.

Die Elektro- und Fertigungsrichtlinien für die digitale Verdrahtung können zu diesem Zeitpunkt ordnungsgemäß auf das Design angewendet werden. Das oben genannte Design der Signalintegrität des digitalen Hochgeschwindigkeitsbus- und Taktsignals offenbart einige spezielle Verdrahtungstopologieanforderungen für den Prozessorbus, symmetrische Ts und Zeitverzögerungsabgleich bestimmter Taktsignalverdrahtung. Aber Sie wissen vielleicht nicht, einige Leute haben auch einen aktualisierten Vorschlag gemacht, das heißt, eine Anzahl von Abschlusswiderständen zu erhöhen.

Bei der Lösung des Problems ist es natürlich, einige Anpassungen in der Layoutphase vorzunehmen. Vor Beginn der Verdrahtung ist es jedoch ein sehr wichtiger Schritt, den Zeitpunkt des digitalen Teils gemäß dem Layoutplan zu überprüfen. In diesem Moment wird eine vollständige DFM/DFT Layout Überprüfung des Boards helfen sicherzustellen, dass die Karte den Bedürfnissen der Kunden entspricht.

Digitale Verkabelung der OC48 Karte

Für die Stromleitungen digitaler Geräte und den digitalen Teil des Mixed-Signal DSP sollte die digitale Verdrahtung mit SMD-Fluchtmustern beginnen. Verwenden Sie die kürzeste und breiteste Drucklinie, die durch den Montageprozess zulässig ist. Bei Hochfrequenzgeräten entsprechen die gedruckten Leitungen der Stromversorgung kleinen Induktivitäten, die das Stromversorgungsgeräusch verschlimmern und unerwünschte Kopplungen zwischen analogen und digitalen Schaltungen verursachen. Je länger die Leistungsspur, desto größer die Induktivität.

Die Verwendung von digitalen Bypass-Kondensatoren kann das beste Layout und Routing-Schema erhalten. Kurz gesagt: Feinabstimmen Sie die Position des Bypass-Kondensators nach Bedarf, um es einfach zu installieren und um die digitalen Komponenten und Mixed-Signal-Komponenten zu verteilen. Verwenden Sie die gleiche "kürzeste und breiteste Spur"-Methode, um den Bypass-Kondensator zu leiten.

Zusammenfassen

Nach Abschluss der OC48 Kartenlayout Brett, Überprüfung der Signalintegrität und Timing Simulation sind erforderlich. Die Simulation beweist, dass die Verdrahtungsführung die erwarteten Anforderungen erfüllt und verbessert die Timing-Indikatoren des zweiten Schichtbusses. Endlich, die Prüfung der Konstruktionsregeln, endgültige Fertigungsüberprüfung, Fotomaske und Überprüfung werden durchgeführt und an die Leiterplattenfabrik manufacturer, dann ist der Board Layout Task offiziell beendet.