PCB-Neuigkeiten - High-Speed DSP PCB Design

Mehrere Probleme sollten bei der Zuverlässigkeitsplanung von Leiterplatte in Hochgeschwindigkeits-DSP System.
Power design

The first thing that needs to be considered in the Leiterplattendesign of a Hochgeschwindigkeits-DSP System ist das Design der Stromversorgung. In der Stromversorgungsentwicklung, Die folgenden Methoden werden normalerweise verwendet, um Signalintegritätsprobleme zu lösen.

Betrachten Sie die Entkopplung von Strom und Boden

Mit der Erhöhung der DSP-Betriebsfrequenz neigen DSP und andere IC-Komponenten dazu, miniaturisiert und dicht verpackt zu werden. In der Regel werden mehrschichtige Platinen beim Schaltungsdesign berücksichtigt. Es wird empfohlen, dass sowohl Strom als auch Masse eine dedizierte Schicht und für mehrere Stromquellen verwenden können. Beispielsweise unterscheidet sich die DSP-I/O-Netzspannung von der Kernnetzversorgungsspannung, und zwei verschiedene Versorgungsschichten können verwendet werden. Wenn die Verarbeitungskosten einer mehrschichtigen Platine berücksichtigt werden, kann eine dedizierte Schicht für mehr Verdrahtung oder relativ kritische Netzteile verwendet werden. Die Stromversorgung kann genauso wie die Signalleitung geführt werden, aber die Breite der Leitung muss ausreichend sein.

Unabhängig davon, ob die Leiterplatte eine dedizierte Masseschicht und Leistungsschicht hat, Eine bestimmte und vernünftigerweise verteilte Kapazität muss zwischen der Stromversorgung und der Masse addiert werden. Um Platz zu sparen und die Anzahl der Durchgangslöcher zu reduzieren, Es wird empfohlen, mehr Chipkondensatoren zu verwenden. Der Chipkondensator kann auf der Rückseite des Leiterplatte, das ist, die Lötfläche. Der Chipkondensator ist mit dem Durchgangsloch mit einem breiten Draht verbunden und mit der Stromversorgung und der Masse durch das Durchgangsloch verbunden.

Verdrahtungsregeln unter Berücksichtigung der Energieverteilung

(1) Separate analoge und digitale Leistungsschichten

Hochgeschwindigkeits- und hochpräzise analoge Komponenten reagieren empfindlich auf digitale Signale. Zum Beispiel verstärkt der Verstärker das Schaltrauschen, um es nahe am Pulssignal zu machen, so dass die analogen und digitalen Teile der Platine, die Leistungsschicht im Allgemeinen getrennt werden muss.

(2) Empfindliche Signale isolieren

Einige empfindliche Signale (z. B. Hochfrequenz-Uhren) sind besonders empfindlich gegenüber Störgeräuschen, und es müssen hohe Isolationsmaßnahmen ergriffen werden. Die Hochfrequenz-Uhr (eine Uhr über 20MHz oder eine Uhr mit einer Flip-Zeit von weniger als 5ns) muss eine Massedraht-Eskorte haben, die Taktleitungsbreite sollte mindestens 10mil und die Begleiterdrahtbreite sollte mindestens 20mil sein. Das Loch ist in gutem Kontakt mit dem Boden, und jede 5cm wird gestanzt, um sich mit dem Boden zu verbinden; Ein 22Ω～220Ω Dämpfungswiderstand muss in Reihe auf der Taktsendeseite angeschlossen werden. Die Störungen, die durch das Signalrauschen dieser Leitungen verursacht werden, können vermieden werden.

Software and hardware anti-jamming design

Generally, Hochgeschwindigkeits-DSP Anwendungssystem Leiterplatten are designed by users according to the specific requirements of the system. Aufgrund begrenzter Konstruktionsmöglichkeiten und Laborbedingungen, wenn keine einwandfreien und zuverlässigen Interferenzmaßnahmen getroffen werden, wenn die Arbeitsumgebung nicht ideal ist, Es gibt elektromagnetische Störungen, die dazu führen, dass der DSP-Programmfluss gestört wird. Wenn der normale Funktionscode des DSP nicht wiederhergestellt werden kann, das Programm läuft ab oder stürzt ab, und einige Komponenten können sogar beschädigt werden. Es sollte darauf geachtet werden, entsprechende Interferenzmaßnahmen zu treffen..

Hardware Anti-Jamming Design

Die Anti-Interferenz-Effizienz der Hardware ist hoch. Wenn Systemkomplexität, Kosten und Volumen erträglich sind, wird das Hardware-Anti-Interferenz-Design bevorzugt. Häufig verwendete Hardware-Anti-Jamming-Technologien können wie folgt zusammengefasst werden:

(1) Hardware filtering: RC filter can greatly attenuate all kinds of high-frequency interference signals. Zum Beispiel, die Störung von "Grat" kann unterdrückt werden.

(2) Angemessene Erdung: Angemessener Entwurf des Erdungssystems. Bei digitalen und analogen Hochgeschwindigkeitsschaltsystemen ist es sehr wichtig, eine niederohmige, großflächige Erdungsschicht zu haben. Die Bodenschicht kann nicht nur einen niederohmigen Rückweg für hochfrequente Ströme bereitstellen, sondern auch EMI und RFI verkleinern und hat auch eine abschirmende Wirkung auf externe Störungen. Trennen Sie die analoge Masse von der digitalen Masse während des PCB-Designs.

(3) Abschirmungsmaßnahmen: Wechselstrom, Hochfrequenzleistung, Hochspannungsausrüstung und elektrische Funken, die durch Lichtbögen erzeugt werden, erzeugen elektromagnetische Wellen und werden zu Geräuschquellen elektromagnetischer Störungen. Metallschalen können verwendet werden, um die oben genannten Geräte zu umgeben und zu erden. Die Störung, die durch elektromagnetische Induktion verursacht wird, ist sehr effektiv.

(4) Photoelektrische Isolation: Photoelektrische Isolatoren können gegenseitige Interferenzen zwischen verschiedenen Leiterplatten effektiv vermeiden. Hochgeschwindigkeits-photoelektrische Isolatoren werden häufig in der Schnittstelle von DSP und anderen Geräten (wie Sensoren, Schalter, etc.) verwendet.

Software-Anti-Jamming-Design

Software-Anti-Jamming hat den Vorteil, dass Hardware-Anti-Jamming nicht ersetzen kann. Im DSP-Anwendungssystem sollte die Anti-Jamming-Fähigkeit der Software auch vollständig abgegriffen werden, um die Auswirkungen von Interferenzen zu minimieren. Mehrere effektive Software Anti-Jamming Methoden sind unten angegeben.

(1) Digitalfilterung: Das Rauschen des analogen Eingangssignals kann durch digitale Filterung beseitigt werden. Häufig verwendete digitale Filtertechniken sind: Medianfilterung, arithmetische mittlere Filterung und so weiter.

(2) Trap setzen: Richten Sie einen Abschnitt des Boot-Programms im nicht verwendeten Programmbereich ein. Wenn das Programm gestört ist und in diesen Bereich springt, führt das Boot-Programm das aufgenommene Programm zwangsweise an die angegebene Adresse und verwendet ein spezielles Programm, um das Fehlerprogramm dort zu korrigieren. Zu verarbeiten.

(3) Instruktionsredundanz: Fügen Sie zwei oder drei Bytes der No-Operation-Anweisung NOP nach der Zwei-Byte-Anweisung und der Drei-Byte-Anweisung ein, die verhindern kann, dass das Programm automatisch in die richtige Spur gebracht wird, wenn das DSP-System durch das laufende Programm gestört wird.

(4) Setzen Sie das Watchdog-Timing: Wenn das außer Kontrolle geratene Programm in eine "Endlosschleife" eintritt, wird die "Watchdog"-Technologie normalerweise verwendet, um das Programm aus der "Endlosschleife" zu machen. Das Prinzip besteht darin, einen Timer zu verwenden, der einen Impuls entsprechend der eingestellten Periode erzeugt. Wenn Sie diesen Impuls nicht erzeugen möchten, sollte der DSP den Timer innerhalb einer Zeit weniger als der eingestellte Zeitraum löschen; Der Timer wird wie erforderlich gelöscht, und der vom Timer erzeugte Impuls wird als DSP-Reset-Signal verwendet, um den DSP zurückzusetzen und erneut zu initialisieren.

Auslegung der elektromagnetischen Verträglichkeit

Elektromagnetische Verträglichkeit bezieht sich auf die Fähigkeit elektronischer Geräte, normal in einer komplexen elektromagnetischen Umgebung zu arbeiten. Der Zweck des elektromagnetischen Verträglichkeitsdesigns ist es, elektronische Geräte zu ermöglichen, alle Arten von externen Störungen zu unterdrücken, aber auch, um die elektromagnetischen Störungen elektronischer Geräte auf andere elektronische Geräte zu reduzieren. In der Leiterplatte, es gibt mehr oder weniger elektromagnetische Störungen, das ist, Übersprechen zwischen benachbarten Signalen. Die Größe des Übersprechens hängt von der verteilten Kapazität und der verteilten Induktivität zwischen den Schleifen ab. Um diese Art von gegenseitigen elektromagnetischen Störungen zwischen Signalen zu lösen, Folgende Maßnahmen können ergriffen werden:

Wählen Sie eine vernünftige Drahtbreite

Die Schlagstörung, die durch den transienten Strom auf den gedruckten Leitungen erzeugt wird, wird hauptsächlich durch die Induktivität der gedruckten Drähte verursacht, und ihre Induktivität ist proportional zur Länge der gedruckten Drähte und umgekehrt proportional zur Breite. Daher ist die Verwendung von kurzen und breiten Drähten vorteilhaft, um Interferenzen zu unterdrücken. Die Signaldrähte von Taktleitungen und Bustreibern haben oft große transiente Ströme, und ihre gedruckten Drähte sollten so kurz wie möglich sein. Für diskrete Komponentenschaltungen beträgt die gedruckte Drahtbreite etwa 1.5mm, um die Anforderungen zu erfüllen; Bei integrierten Schaltungen wird die Leiterbreite zwischen 0,2mm～1,0mm gewählt.

Es nimmt eine tic-tac-toe Netzwerkverdrahtungsstruktur an.

Die spezifische Methode besteht darin, horizontal auf der ersten Schicht der Leiterplatte und vertikal auf der nächsten Schicht zu verdrahten.

Entwurf der Wärmeableitung

Um die Wärmeableitung zu erleichtern, ist die Leiterplatte am besten alleine zu installieren, und der Plattenabstand sollte größer als 2cm sein. Achten Sie gleichzeitig auf die Layoutregeln der Komponenten auf der Leiterplatte. In horizontaler Richtung werden Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte platziert, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; In vertikaler Richtung werden Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte platziert, um ihre Auswirkungen auf die Temperatur anderer Komponenten zu reduzieren. Bauteile, die temperaturempfindlicher sind, sollten so weit wie möglich in Bereichen mit relativ niedriger Temperatur platziert werden und sollten nicht direkt über Geräten platziert werden, die große Wärmemengen erzeugen.

Schlussbemerkungen

In den verschiedenen Designs von Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystemen hängt die Transformation eines perfekten Designs von der Theorie in die Realität von hochwertigen Leiterplatten ab. Erhöhen, wie die Qualität des Signals zu verbessern ist sehr wichtig. Ob die Leistung des Systems gut ist, ist daher untrennbar mit der Qualität der Leiterplatte des Designers verbunden. Wenn das Layout-Design vernünftig sein kann, reduzieren Sie Rauschen, reduzieren Sie Störungen, vermeiden Sie unnötige Fehler und spielen Sie eine Rolle, um die Leistung des Systems nicht zu unterschätzen.