Elektronisches Design - High-Speed PCB Design basierend auf Cadence

1 Introduction

The proportion of Hochgeschwindigkeits-PCB Design in modern PCB Design nimmt zu, und die Entwurfsschwierigkeit wird immer höher und höher. Seine Lösung erfordert nicht nur Hochgeschwindigkeitskomponenten, aber erfordert auch die Weisheit und sorgfältige Arbeit des Designers. Es muss sorgfältig studiert und analysiert werden., Lösen Sie die bestehenden Hochgeschwindigkeits-Schaltungsprobleme.

2 Der grundlegende Inhalt des Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs

Hochgeschwindigkeits-SchaltungsDesign macht einen zunehmenden Anteil des modernen Schaltungsdesigns aus, und die Schwierigkeit des Entwurfs wird immer größer. Seine Lösung erfordert nicht nur Hochgeschwindigkeitsgeräte, sondern auch die Weisheit und sorgfältige Arbeit des Designers. Die spezifische Situation muss sorgfältig studiert und analysiert werden., Lösen Sie die bestehenden Hochgeschwindigkeits-Schaltungsprobleme. Im Allgemeinen umfasst es hauptsächlich drei Aspekte des Designs: Signal Integrity Design, elektromagnetische Kompatibilität Design und Power Integrity Design.

2.1 Signalintegritätsdesign

Signalintegrität bezieht sich auf die Qualität des Signals auf der Signalleitung. Ein Signal mit guter Signalintegrität bedeutet, dass es den Wert des Spannungspegels hat, der bei Bedarf erreicht werden muss. Schlechte Signalintegrität wird nicht durch einen bestimmten Faktor verursacht, sondern durch eine Kombination von Faktoren im Board-Level-Design. Vor allem in Hochgeschwindigkeitsschaltungen verursachen zu hohe Schaltgeschwindigkeiten der verwendeten Chips, unzumutbare Anordnung der Abschlusskomponenten, unzumutbare Schaltungsverbindungen usw. Probleme mit der Signalintegrität. Insbesondere umfasst es hauptsächlich Übersprechen, Reflexion, Über- und Unterschießen, Oszillation, Signalverzögerung usw.

2.2 Electro Magnetic Compatibility (Electro Magnetic Compatibility) Design

Elektromagnetische Verträglichkeit umfasst elektromagnetische Störungen und elektromagnetische Toleranz, das heißt übermäßige elektromagnetische Strahlung und Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischer Strahlung. Es gibt zwei Arten von elektromagnetischen Störungen: geführte Störungen und abgestrahlte Störungen. Geleitete Interferenzen beziehen sich auf die Leitung von Signalen von einem elektrischen Netzwerk zu einem anderen elektrischen Netzwerk durch ein leitfähiges Medium in Form von elektrischem Strom. Die Leiterplatte zeigt hauptsächlich Erdgeräusche und Stromrauschen. Strahlende Störung bedeutet, dass das Signal in Form von elektromagnetischen Wellen ausstrahlt und dadurch ein anderes elektrisches Netzwerk beeinflusst. Im Hochgeschwindigkeits-PCB- und Systemdesign können hochfrequente Signalleitungen, Chippins, Steckverbinder usw. zu Quellen von Strahlungsstörungen mit Antenneneigenschaften werden. Das EMV-Design kann je nach Bedeutung des Designs in vier Ebenen unterteilt werden: Geräte- und Leiterplattendesign, Erdungssystemdesign, Abschirmsystemdesign und Filterdesign. Unter ihnen sind die ersten beiden die wichtigsten. Geräte- und Leiterplattendesign umfasst hauptsächlich die Auswahl aktiver Geräte, das Stapeln von Leiterplatten sowie das Layout und Routing. Der Entwurf des Erdungssystems umfasst hauptsächlich Erdungsmethode, Erdungsimpedanzkontrolle, Erdungsschleife und Abschirmungsschichterdeung usw. In Cadences Simulationswerkzeug können die Simulationsparameter der elektromagnetischen Interferenz in die drei Richtungen X, Y, Z-Abstand, Frequenzbereich, Designmarge, Übereinstimmung mit Normen usw. eingestellt werden. Diese Simulation erfolgt nach der Simulation und prüft hauptsächlich, ob sie die Konstruktionsanforderungen erfüllt. Daher müssen wir bei der Durchführung der Vorarbeiten auch nach der Theorie der elektromagnetischen Störung entwerfen. Die übliche Praxis ist es, die Konstruktionsregeln zur Steuerung elektromagnetischer Störungen auf jedes Design anzuwenden. Jede Verknüpfung realisiert die regelgesteuerte und steuerbare Steuerung in jeder Verknüpfung.

2.3 Power Integrity Design

In Hochgeschwindigkeitsstrecken, Die Integrität von Strom und Boden ist auch ein sehr wichtiger Faktor, weil die Integrität der Leistung und Signalintegrität eng miteinander verbunden sind. In den meisten Fällen, Die Hauptursache der Signalverzerrung ist das Stromversorgungssystem. Zum Beispiel, zu viel Bodenabprallgeräusch, unsachgemäßes Entkopplungskondensator-Design, schlecht geteilte Mehrfachnetzteile oder Erdungsebenen, unzumutbare Grundlagendesign, ungleichmäßige Stromverteilung, etc. verursacht Probleme mit der Netzintegrität und verursacht Signalverzerrung. Zur Integrität des Signals. Die Hauptidee, das Problem zu lösen, ist, das Stromverteilungssystem zu bestimmen, Teilen Sie die große Leiterplatte in mehrere kleine Leiterplatten, determine the decoupling capacitor according to the ground bounce (ground bounce), und sich auf die Berücksichtigung der gesamten Leiterplatte. Aspekte.

3 High-Speed PCB Design Methode

3.1 Traditionelle Entwurfsmethode

Traditionelle Designmethoden, vor dem abschließenden Test, führen keine Verarbeitung durch, im Grunde verlassen sich auf die Erfahrung des Designers, um abzuschließen. Das Problem kann nur gefunden werden, wenn der Prototyp getestet und inspiziert wird und die Ursache des Problems festgestellt werden kann. Um das Problem zu lösen, ist es möglich, es von Grund auf neu zu gestalten. Unabhängig vom Entwicklungszyklus oder den Entwicklungskosten kann diese Methode, die sich hauptsächlich auf die Erfahrung des Designers stützt, nicht die Anforderungen der modernen Produktentwicklung erfüllen, geschweige denn das hochkomplexe Design moderner Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Daher ist es notwendig, fortschrittliche Entwurfswerkzeuge zu verwenden, um den Entwurfsprozess qualitativ und quantitativ zu analysieren und zu steuern.

3.2 Kadenzentwurfsmethode

Immer mehr Hochgeschwindigkeitsdesigns verwenden nun eine effektivere Methode, die den Entwicklungszyklus beschleunigt. Legen Sie zunächst eine Reihe physikalischer Designregeln fest, die den Designleistungsindikatoren entsprechen, und verwenden Sie diese Regeln, um das PCB-Layout und -Routing einzuschränken. Bevor das Gerät installiert wird, wird das Simulationsdesign durchgeführt. Bei dieser Art von virtuellen Tests können Designer Designindikatoren vergleichen, um die Leistung zu bewerten. Diese Schlüsselvoraussetzungsfaktoren sind die Festlegung einer Reihe physikalischer Designregeln für Leistungsindikatoren, die auf modellbasierter Simulationsanalyse und genauer Vorhersage elektrischer Eigenschaften basieren. Daher ist die Simulationsanalyse in verschiedenen Phasen sehr wichtig. Cadence Software hat einen eigenen Designprozess für High-Speed PCB Design entwickelt. Seine Hauptidee ist es, eine gute Simulationsanalyse und -design zu verwenden, um Probleme zu vermeiden und zu versuchen, alle möglichen Probleme vor der Leiterplattenproduktion zu lösen. Verglichen mit dem traditionellen Entwurfsprozess auf der linken Seite besteht der Hauptunterschied in der Hinzufügung von Steuerknoten im Prozess, die den Entwurfsprozess effektiv steuern können. Es integriert Schaltplanentwurf, Leiterplattenlayout und Hochgeschwindigkeitssimulationsanalyse und kann die Probleme im Zusammenhang mit der elektrischen Leistung in allen Aspekten des Designs lösen. Durch die Analyse vieler Faktoren wie Timing, Signalrauschen, Übersprechen, Stromversorgungsstruktur und elektromagnetische Verträglichkeit ist es möglich, die Signalintegrität, die Netzintegrität, elektromagnetische Störungen und andere Probleme des Systems vor dem Platzieren und Routing optimal zu gestalten.

4 Schlussfolgerung

Im spezifischen Designprozess, Die Konstrukteure aller Teile müssen horizontal zusammenarbeiten, und alle Phasen des Entwurfs müssen umfassend in vertikaler Richtung betrachtet werden. Design und Simulation durchlaufen den gesamten Designprozess, um die Steuerbarkeit des Prozesses und die Quantifizierung spezifischer Indikatoren zu erreichen. . Nur so kann ein effizientes Design erreicht werden. Hochgeschwindigkeit PCB-Design ist ein sehr komplexes System Engineering. Nur mit Hilfe von denen, die nicht nur die physikalischen und elektrischen Eigenschaften jeder Komponente berechnen können, die in der Konstruktion verwendet wird, Einfluss und Interaktion, muss aber auch automatisch aus der entworfenen Leiterplatte extrahiert werden. EDA Software Tools mit leistungsstarken Funktionen, wie die Schaffung von Modellen, und die Simulatoren, die dynamische Charakterisierung der tatsächlichen Konstruktionsvorgänge ermöglichen, kann die oben genannten Probleme der Signalintegrität umfassender lösen, elektromagnetische Störungen, and Leistungsintegrität.