Elektronisches Design - High-Speed PCB Anti-Jamming Design basierend auf DSP

Einleitung

Bei der breiten Anwendung von DSP (digitaler Signalprozessor) ist das Design einer Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitungs-Leiterplatte auf DSP-Basis besonders wichtig. In einem DSP-System kann die Betriebsfrequenz des DSP-Mikroprozessors bis zu Hunderten von MHz betragen. Seine Rückstellleitung, Unterbrechungsleitung und Steuerleitung, integrierte Schaltungsschalter, hochpräzise A/D-Umwandlungsschaltungen und Schaltungen, die schwache analoge Signale enthalten, sind alles. Daher, um ein stabiles und zuverlässiges DSP-System zu entwerfen und zu entwickeln, ist das Anti-Interferenz-Design sehr wichtig.

1 DSP System Interferenz Generierung Analyse

Bei DSP-Systemen kommt die Hauptstörung aus folgenden Aspekten:

1. Störung des I/O-Kanals. Bezieht sich auf Störungen, die durch den Vorwärtskanal und den Rückkanal in das System eintreten, wie z. B. die Datenerfassungsverbindung eines DSP-Systems. Die Störung wird über den Sensor auf das Signal überlagert, was den Fehler der Datenerfassung erhöht. In der Ausgabeverbindung können Interferenzen den Ausgabedatenfehler erhöhen oder sogar einen kompletten Fehler verursachen, wodurch das System abstürzt. Optokoppler-Geräte können vernünftigerweise verwendet werden, um die Störung von Eingangs- und Ausgangskanälen zu reduzieren, und die Störung des Sensors und des DSP-Hauptsystems kann verwendet werden, um die Störung elektrisch zu isolieren.

2. Die Störung des Stromsystems. Die wichtigste Störquelle für das gesamte DSP-System. Das Netzteil fügt dem Netzteil sein Rauschen hinzu, während es das System mit Strom versorgt. Die Stromversorgungsleitung muss während des Schaltungsdesigns des Stromversorgungschips entkoppelt werden.

3. Interferenz der Weltraumstrahlung. Die Kopplung durch Strahlung wird normalerweise als Übersprechen bezeichnet. Übersprechen tritt in dem elektromagnetischen Feld auf, das erzeugt wird, wenn Strom durch die Drähte fließt, und das elektromagnetische Feld induziert transiente Ströme in benachbarten Drähten, wodurch nahe gelegene Signale verzerrt oder sogar Fehler verursacht werden. Die Stärke des Übersprechens hängt von der geometrischen Größe und dem Trennabstand von Geräten und Drähten ab. Bei der DSP-Verdrahtung ist es umso effektiver, Übersprechen zu reduzieren, je größer der Abstand der Signalleitungen und je näher an der Erdungsleitung ist.

2 Design PCB für die Ursache der Störung

Im Folgenden wird gezeigt, wie verschiedene Störungen im Leiterplattenherstellungsprozess des DSP-Systems reduziert werden können.

2.1 gestapelter Entwurf des mehrschichtigen Brettes

In DSP-Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen wird im Allgemeinen ein mehrschichtiges Design angenommen, um die Signalqualität zu verbessern, Verdrahtungsschwierigkeiten zu reduzieren und die EMV des Systems zu erhöhen. Das gestapelte Design kann den kürzesten Rückweg bieten, den Kupplungsbereich reduzieren und Differenzmodusstörungen unterdrücken. Im gestapelten Design ist die Verteilung der dedizierten Leistungsschicht und Bodenschicht sowie die enge Kopplung der Bodenschicht und der Leistungsschicht gut für die Unterdrückung von Gleichtaktstörungen (Verwendung benachbarter Ebenen, um die Wechselstromimpedanz der Leistungsebene zu reduzieren). Als Beispiel dient die 4-Lagen-Platte zur Veranschaulichung des gestapelten Gestaltungsschemas.

Es gibt viele Vorteile, diese 4-schichtige PCB-Designstruktur anzunehmen. Es gibt eine Stromschicht unter der obersten Schicht, und die Stromstifte der Komponenten können direkt mit der Stromversorgung verbunden werden, ohne die Erdungsebene zu passieren. Das Schlüsselsignal wird auf der unteren Schicht (untere Schicht) ausgewählt, so dass der wichtige Signalverdrahtungsraum größer ist und die Geräte so weit wie möglich auf der gleichen Schicht platziert werden.

2.2 Layout Design

Um die beste Leistung des DSP-Systems zu erhalten, ist das Layout der Komponenten sehr wichtig. Platzieren Sie zuerst DSP-, Flash-, SRAM- und CPLD-Geräte, betrachten Sie sorgfältig den Verdrahtungsraum, platzieren Sie dann andere ICs gemäß dem Prinzip der funktionalen Unabhängigkeit und schließlich die Platzierung von I/O-Ports. Kombinieren Sie das obige Layout und betrachten Sie die Leiterplattengröße: Wenn die Größe zu groß ist, werden die gedruckten Linien zu lang sein, die Impedanz steigt, der Rauschwiderstand wird reduziert und die Leiterplattenkosten steigen; Wenn die Leiterplatte zu klein ist, wird die Wärmeableitung nicht gut sein, und der Raum wird begrenzt, benachbarte Leitungen werden leicht gestört. Daher sollte das Gerät entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen ausgewählt werden, kombiniert mit dem Verdrahtungsraum, und grob die Größe der Leiterplatte berechnen. Achten Sie beim Aufbau des DSP-Systems besonders auf die Platzierung der folgenden Geräte.

(1) Hochgeschwindigkeitssignallayout

Im gesamten DSP-System befinden sich die wichtigsten digitalen Hochgeschwindigkeitssignalleitungen zwischen DSP und Flash und SRAM, so dass der Abstand zwischen den Geräten so nah wie möglich sein sollte, und ihre Verbindungen sollten so kurz wie möglich und direkt verbunden sein. Um den Einfluss von Übertragungsleitungen auf die Signalqualität zu reduzieren, sollten daher Hochgeschwindigkeitssignalspuren so kurz wie möglich sein. Beachten Sie auch, dass viele DSP-Chips mit Geschwindigkeiten bis zu mehreren hundert MHz eine schlangenförmige Wicklung (Delay Tune) benötigen. Dies wird in der Verkabelung unten betont.

(2) Digital-analoges Gerätelayout

Die meisten DSP-Systeme haben keine einzige Funktionsschaltung, eine große Anzahl von digitalen CM0S-Geräten und digital-analogen Hybridgeräten werden verwendet, so dass das digital/analoge Layout getrennt werden sollte. Die analogen Signalgeräte sind so weit wie möglich konzentriert, dass die analoge Masse einen unabhängigen Bereich des analogen Signals in der Mitte der gesamten digitalen Masse zeichnen kann, um die Interferenz des digitalen Signals zum analogen Signal zu vermeiden. Einige digital-analoge Hybridgeräte, wie D/A-Wandler, werden traditionell als analoge Geräte angesehen, die auf der analogen Masse platziert sind und mit einer digitalen Schleife versehen sind, damit digitales Rauschen an die Signalquelle zurückgeführt werden kann, um digitales Rauschen zu reduzieren.

(3) Die Anordnung der Uhr

Halten Sie sich bei Takt-, Chip- und Bussignalen so weit wie möglich von I/O-Leitungen und Steckern fern. Der Takteingang des DSP-Systems ist sehr störanfällig und seine Verarbeitung ist sehr kritisch. Achten Sie immer darauf, dass sich der Taktgenerator so nah wie möglich am DSP-Chip befindet und machen Sie die Taktleitung so kurz wie möglich. Die Außenschale des Uhrkristalloszillators ist vorzugsweise geerdet.

(4) Entkopplungslayout

Um den momentanen Überschuss der Spannung an der Stromversorgung des integrierten Schaltungschips zu reduzieren, wird dem integrierten Schaltungschip ein Entkopplungskondensator hinzugefügt, der den Einfluss des Grats auf die Stromversorgung effektiv entfernen und die Leistungsschleifenreflexion auf der Leiterplatte reduzieren kann. Das Hinzufügen eines Entkopplungskondensators kann das Hochfrequenzrauschen der integrierten Schaltungseinrichtung umgehen und kann auch als Energiespeicherkondensator verwendet werden, um das sofortige Laden und Entladen der Energie des integrierten Schaltungstüröffnens und Schließens bereitzustellen und zu absorbieren.

Platzieren Sie im DSP-System Entkopplungskondensatoren für jede integrierte Schaltung, wie DSP, SRAM, Flash usw., und fügen Sie sie zwischen jede Stromversorgung und Masse des Chips hinzu, und achten Sie besonders auf die Entkopplungskondensatoren so nah wie möglich an der Stromversorgungsanlage (Quelle und IC-Bauteilpins). Stellen Sie die Reinheit des Stroms vom Netzteilanschluss (Quellanschluss) und dem IC sicher und verkürzen Sie den Rauschweg so weit wie möglich.

(5) Anordnung der Stromversorgung

Bei der Entwicklung eines DSP-Systems muss die Stromversorgung sorgfältig berücksichtigt werden. Da einige Stromchips viel Wärme erzeugen, sollten sie in einer Position platziert werden, die der Wärmeableitung förderlich ist und von anderen Leiterplattenkomponenten durch einen bestimmten Abstand getrennt werden. Sie können Kühlkörper verwenden oder Kupfer unter das Gerät zur Wärmeableitung legen. Achten Sie darauf, keine wärmeerzeugenden Komponenten auf die untere Schicht der Entwicklungsplatine zu legen.