Elektronisches Design - High-Speed Leiterplattendesign basierend auf PROTEL

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Discuss some layout and wiring related principles that need to be paid attention to in the process of using PROTEL design software to realize high-speed circuit PCB-Design, und bieten einige praktische und bewährte Hochgeschwindigkeits-Schaltungs-Layout und Verdrahtungstechniken, um die Zuverlässigkeit des Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesigns zu verbessern Sex und Effektivität. Die Ergebnisse zeigen, dass das Design den Produktentwicklungszyklus verkürzt und die Wettbewerbsfähigkeit des Marktes verbessert.

1 aufgeworfene Fragen

Mit der großen Zunahme der Designkomplexität und Integration elektronischer Systeme werden Taktgeschwindigkeiten und Geräteanstiegszeiten immer schneller, und Hochgeschwindigkeitsschaltungsdesign ist ein wichtiger Teil des Designprozesses geworden. Im Hochgeschwindigkeitsschaltungsdesign machen die Induktivität und Kapazität auf der Leiterplatte den Draht äquivalent zu einer Übertragungsleitung. Falsches Layout der Abschlusskomponenten oder falsche Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitssignalen verursacht Übertragungsleitungsprobleme, die dazu führen, dass das System falsche Daten ausgibt, und die Schaltung funktioniert nicht richtig oder gar nicht. Basierend auf dem Übertragungsleitungsmodell, um zusammenzufassen, bringt die Übertragungsleitung negative Auswirkungen wie Signalreflexion, Übersprechen, elektromagnetische Störungen, Stromversorgung und Erdgeräusche auf das Schaltungsdesign.

Um eine Hochgeschwindigkeits-PCB Leiterplatte, die zuverlässig arbeiten kann, Es ist notwendig, das Design vollständig und sorgfältig zu prüfen, Lösung einiger unzuverlässiger Probleme, die während des Layouts auftreten können, Verkürzung des Produktentwicklungszyklus, Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit des Marktes.

2 Layout Design des Hochfrequenzsystems

Im PCB-Design der Schaltung ist das Layout ein wichtiges Glied, und das Ergebnis des Layouts beeinflusst direkt die Wirkung der Verkabelung und die Zuverlässigkeit des Systems, die im gesamten Leiterplattendesign am zeitaufwendigsten und schwierigsten ist. Die komplexe Umgebung der Hochfrequenz-Leiterplatte macht das Layout-Design des Hochfrequenz-Systems schwierig, das erlernte theoretische Wissen zu verwenden. Es erfordert, dass die Person, die auslegt, reiche Erfahrung in der Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenherstellung haben muss, um Umwege im Designprozess zu vermeiden. Verbessern Sie die Zuverlässigkeit und Effektivität der Schaltungsarbeit. Beim Layoutprozess sollte die mechanische Struktur, Wärmeableitung, elektromagnetische Störungen, Bequemlichkeit der zukünftigen Verkabelung und Ästhetik umfassend berücksichtigt werden.

Vor dem Layout wird zunächst die gesamte Schaltung in Funktionen unterteilt. Die Hochfrequenz-Schaltung ist von der Niederfrequenz-Schaltung getrennt, und die analoge Schaltung und die digitale Schaltung sind getrennt. Jeder Funktionskreis wird so nah wie möglich an der Mitte des Chips platziert. Vermeiden Sie Übertragungsverzögerungen, die durch zu lange Drähte verursacht werden, und verbessern Sie die Entkopplungswirkung von Kondensatoren. Achten Sie außerdem auf die relativen Positionen und Richtungen zwischen den Stiften und Schaltungskomponenten und anderen Rohren, um ihren gegenseitigen Einfluss zu verringern. Alle Hochfrequenzkomponenten sollten weit vom Chassis und anderen Metallplatten entfernt sein, um parasitäre Kupplungen zu reduzieren.

Zweitens sollte während des PCB-Layouts auf die thermischen und elektromagnetischen Effekte zwischen Komponenten geachtet werden. Diese Auswirkungen sind besonders für Hochfrequenzsysteme gravierend, und Maßnahmen wie Entfernung oder Isolation, Wärmeableitung und Abschirmung sollten ergriffen werden. Das Hochleistungsgleichrichterrohr und das Einstellrohr sollten mit einem Heizkörper ausgestattet und vom Transformator ferngehalten werden. Hitzebeständige Komponenten wie Elektrolytkondensatoren sollten von Heizkomponenten ferngehalten werden, andernfalls wird der Elektrolyt getrocknet, was zu erhöhtem Widerstand und schlechter Leistung führt, was die Stabilität des Stromkreises beeinträchtigt.

Schließlich sollte unter Wahrung der inhärenten Qualität und Zuverlässigkeit unter Berücksichtigung der allgemeinen Schönheit eine vernünftige Leiterplattenplanung durchgeführt werden. Die Bauteile sollten parallel oder senkrecht zur Leiterplattenoberfläche und parallel oder senkrecht zur Hauptplatinenkante sein. Die Verteilung der Bauteile auf der Leiterplattenoberfläche sollte möglichst gleichmäßig und die Dichte gleichmäßig sein. Auf diese Weise ist es nicht nur schön, sondern auch einfach zu montieren und zu schweißen, und es ist einfach, in Massenproduktion zu produzieren.

3 Verkabelung des Hochfrequenzsystems

In Hochfrequenzschaltungen können die Verteilungsparameter Widerstand, Kapazität, Induktivität und gegenseitige Induktivität der Anschlussdrähte nicht ignoriert werden. Aus der Sicht der Interferenz besteht eine vernünftige Verdrahtung darin, den Leitungswiderstand, die verteilte Kapazität und die Streudinduktivität in der Schaltung zu verringern., Das resultierende Streumagnetfeld wird auf ein Minimum reduziert, so dass die verteilte Kapazität, der Leckmagnetfluss, die elektromagnetische gegenseitige Induktivität und andere Störungen durch Rauschen unterdrückt werden.

Im Folgenden werden einige spezielle Funktionen vorgestellt, die PROTEL99 SE Tool bieten kann.

(1) Die Leitung zwischen den Stiften der Hochfrequenzschaltungsvorrichtung sollte so wenig wie möglich gebogen werden. Es ist am besten, eine vollständige gerade Linie zu verwenden. Wenn Biegen erforderlich ist, kann eine 45°-Falzlinie oder ein Kreisbogen verwendet werden, um die externe Emission und gegenseitige Störung von Hochfrequenzsignalen zu reduzieren. Die Kupplung dazwischen. Bei Verwendung der PROTEL-Verkabelung können Sie 45-Grad oder abgerundet in den "Routing Corners" im Menü "Design" wählen. Sie können auch die Shift-Leertasten verwenden, um schnell zwischen den Zeilen zu wechseln.

(2) Je kürzer die Leitung zwischen den Pins der Hochfrequenzschaltungsvorrichtung, desto besser.

Der effektivste Weg für PROTEL 99, die kürzeste Verkabelung zu erfüllen, besteht darin, vor der automatischen Verkabelung einen Verkabelungstermin für einzelne wichtige Hochgeschwindigkeitsnetze zu vereinbaren. Wählen Sie in "Routing Topologie" im Menü "Design" die kürzeste Option.

(3) Der Wechsel von Bleischichten zwischen Stiften von Hochfrequenzschaltungsgeräten ist so klein wie möglich. Das heißt, je weniger Vias im Komponentenverbindungsprozess verwendet werden, desto besser.

(4) Achten Sie bei der Hochfrequenzschaltung auf die "Querstörung", die durch die parallele Verdrahtung der Signalleitung, das heißt Übersprechen, eingeführt wird. Ist eine Parallelverteilung unvermeidbar, kann eine große Fläche "Masse" auf der gegenüberliegenden Seite der parallelen Signalleitung angeordnet werden

4 Design des Netzkabels und des Erdungskabels

Um den Spannungsabfall zu lösen, der durch das Stromversorgungsgeräusch und die Leitungsimedanz verursacht wird, die durch den Hochfrequenzschalt eingeführt wird, muss die Zuverlässigkeit des Stromversorgungssystems in der Hochfrequenzschaltung vollständig berücksichtigt werden. Es gibt im Allgemeinen zwei Lösungen: eine ist die Verwendung von Strombustechnologie für die Verdrahtung; Die andere besteht darin, eine separate Versorgungsschicht zu verwenden. Im Vergleich dazu ist der Herstellungsprozess von letzterem komplizierter und die Kosten teurer. Daher kann netzwerkartige Strombustechnologie für die Verdrahtung verwendet werden, so dass jede Komponente zu einer anderen Schleife gehört und der Strom auf jedem Bus im Netzwerk tendenziell ausgeglichen ist, wodurch der Spannungsabfall durch die Leitungsimedanz verringert wird.

5 Andere Hochgeschwindigkeits-Schaltungstechniken

Übersprechen bezieht sich auf die unerwünschten Spannungsrauschstörungen, die durch elektromagnetische Kopplung an benachbarte Übertragungsleitungen verursacht werden, wenn sich das Signal auf der Übertragungsleitung ausbreitet. Die Kupplung wird in kapazitive Kupplung und induktive Kupplung unterteilt. Übermäßiges Übersprechen kann zu einer falschen Auslösung des Schaltkreises führen und dazu führen, dass das System nicht normal funktioniert. Nach einigen Merkmalen des Übersprechens können mehrere Hauptmethoden zur Reduzierung des Übersprechens zusammengefasst werden:

(1) Erhöhen Sie den Leitungsabstand, reduzieren Sie die Parallellänge und verwenden Sie bei Bedarf die Jog-Methode für die Verdrahtung.

(2) Wenn Hochgeschwindigkeitssignalleitungen die Bedingungen erfüllen, kann das Hinzufügen von Termination Matching Reflexionen reduzieren oder beseitigen und dadurch Übersprechen reduzieren.

(3) Bei Mikrostreifenübertragungsleitungen und Streifenübertragungsleitungen kann die Begrenzung der Leiterbahnhöhe auf den Bereich der Erdungsebene Übersprechen erheblich reduzieren.

Die Verwendung von Differenzleitungen zur Übertragung digitaler Signale ist eine effektive Maßnahme zur Steuerung von Faktoren, die die Signalintegrität in digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen zerstören. Die Differenzleitung auf der Leiterplatte ist äquivalent zu einem differentiellen Mikrowellenleitungspaar, das im Quasi-TEM-Modus arbeitet. Unter ihnen, Die Differenzlinie auf der Oberseite oder Unterseite der Leiterplatte entspricht der gekoppelten Mikrostreifenlinie und befindet sich in der inneren Schicht der Leiterplatte. Mehrschichtige Leiterplatte Die Differenzlinie entspricht einer breitseitig gekoppelten Bandlinie.