Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Jeder wiriß dalss PCB Ladut istttttttttttttttttttttttttttttttttttt zu Drehen a Schaltung Diagramm in ein tatsächliche
Die zwei Majoder Schwierigkeesen in die Feld vauf Mikroelektraufik sind die Verarbeesung vauf Hochfrequenz Signale und schwach Signale. In dies Berücksichtigung, die Ebene vauf PCB Produktiauf is insbesaufdere wichtig. Die gleiche Glaufendsatz Design, die gleiche Kompeinenten, und Leeserplatten produziert vauf unterschiedlich Menschen haben unterschiedlich Ergebnisse., Also wie keinn we machen a gut
Erstens: klsind Designziele
Empfangen a Design Aufgabe, we muss zuerst Klären seine Design Ziele, ob es is an neindermal
Wenn auf der Platine schwache Signale auf Millivolt- oder sogar Mikrovolt-Niveau vorhunden sind, benötigen diese Signalleeitungen besondere Aufmerksamkeit. Kleine Signale sind zu schwach und sehr anfällig für Störungen durch undere starke Signale. Abschirmungsmaßnahmen sind vont nichtwendig, da sie sonst dals Signal-Rausch-Verhältnis erheblich reduzieren. Dadurch wird dals nützliche Signal von Rauschen untertaucht und kann nicht effektiv extrahiert werden.
Die Inbetriebnahme der Platine sollte auch in der Designphalse berücksichtigt werden. Die physikalische Lage des Prüfpunktes, die Isolierung des Prüfpunktes und undere Fakzuren können nicht ignoriert werden, da einige kleine Signale und HochfrequenzSignale nicht direkt zur Messung der Sonde hinzugefügt werden können.
In Zusatz, undere relevant Fakzuren sollte be in Betracht gezogen, solche als die Zahl von Ebenen von die Brett, die Paket Fürm von die Komponenten verwendet, und die mechanisch Stärke von die Brett. Vorher Herstellung a Leiterplatte, you muss haben a gut Idee von die Design Ziele für die Design.
zwei. Verständnis der Layout- und Routinganfürderungen der Funktionen der verwendeten Komponenten
Wir wissen, dalss einige spezielle Komponenten besondere Anfürderungen an Layout und Routing haben, wie der analoge Signalverstärker von LOTI und APH. Der analoge Signalverstärker benötigt eine stabile Stromversorgung und kleine Ripple. Halten Sie den analogen kleinen Signalteil so weit wie möglich vom Stromgerät entfernt. Auf der OTI-Platine ist der kleine Signalverstärker auch speziell mit einer Abschirmabdeckung ausgestattet, um die streunenden elektromagnetischen Störungen abzuschirmen. Der GLINK-Chip auf dem NTOI-Board verwendet ECL-Technologie, die viel Strom verbraucht und Wärme erzeugt. Besonderes Augenmerk muss auf dals Problem der Wärmeableitung im Layout gelegt werden. Bei natürlicher Wärmeableitung muss der GLINK-Chip an einem Ort mit relativ gleichmäßiger Luftzirkulation platziert werden., Und die abgestrahlte Wärme kann keinen großen Einfluss auf undere Chips haben. Wenn die Platine mit Lautsprechern oder underen Hochleistungsgeräten ausgestattet ist, kann dies zu einer ernsthaften Verschmutzung der Stromversorgung führen. Auch diesem Punkt sollte genügend Aufmerksamkeit geschenkt werden.
Drei. Überlegungen zum Bauteillayout
Der erste Fakzur, der bei der Auslegung von Komponenten berücksichtigt werden muss, ist die elektrische Leistung. Stellen Sie eng miteinunder verbundene Komponenten so weit wie möglich zusammen, insbesondere für einige Hochgeschwindigkeseineleitungen, machen Sie sie bei der Auslegung von LeistungsSignalen und kleinen Signalgeräten so kurz wie möglich. Um getrennt zu werden. Unter der Voraussetzung, die Schaltungsleistung zu erfüllen, müssen die Komponenten sauber und schön platziert und einfach zu testen sein. Auch die mechanische Größe der Platine und die Lage der Buchse müssen sorgfältig berücksichtigt werden.
Die Erdung und die Übertragungsverzögerungszeit auf der Verbindungsleitung im Hochgeschwindigkeitsnetz sind ebenfalls die ersten Fakzuren, die bei der Systemauslegung berücksichtigt werden müssen. Die Übertragungszeit auf der Signalleitung hat einen großen Einfluss auf die GesamtSystemgeschwindigkeit, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-ECL-Schaltungen. Obwohl der integrierte Schaltungsblock selbst sehr schnell ist, ist es auf die Verwendung gewöhnlicher Verbindungsleitungen auf der Backplane zurückzuführen (die Länge jeder 30cm Linie ist ungefähr Die Verzögerungsmenge von (2)ns) erhöht die Verzögerungszeit, die die Systemgeschwindigkeit erheblich reduzieren kann. Synchrone Arbeitsteile wie Schichtregister und Synchronzähler werden am besten auf derselben Steckplatine platziert, da die Uhren auf verschiedenen Steckplatinen Die Signalübertragungsverzögerungszeit ist nicht gleich, was dazu führen kann, dass das Schaltregister einen großen Fehler verursacht. Wenn es nicht auf einer Platine platziert werden kann, muss die Länge der Taktleitung von der gemeinsamen Taktquelle zu jeder Steckplatine gleich sein, wo Synchronisation der Schlüssel ist.
Viertens, die Erwägung der Verdrahtung
Mit dem Abschluss des Designs von OTNI und dem Stern-Glasfasernetz, wird es mehr Boards mit HochgeschwindigkeitsSignalleitungen über (1)00MHz geben, die in Zukunft enzweirfen werden müssen. Einige Grundkonzepte von Hochgeschwindigkeitsstrecken werden hier vorgestellt.
1. Übertragungsleitung
Jeder "lange" Signalweg auf der Leiterplatte kann als eine Art Übertragungsleitung betrachtet werden. Wenn die Übertragungsverzögerungszeit der Leitung viel kürzer als die Signalanstiegszeit ist, werden die Hauptreflexionen, die während der Signalanstiegsperiode erzeugt werden, untertaucht. Überschuss, Rückszuß und Klingeln sind nicht mehr vorhunden. Für die meisten der aktuellen MOS-Schaltungen, da das Verhältnis von Anstiegszeit zu Leitungsübertragungszeit viel größer ist, kann die Spur so lang sein wie Meter ohne Signalverzerrung. Für schnellere Logikschaltungen, insbesondere für ultraschnelle ECL.
Bei integrierten Schaltungen muss aufgrund der Erhöhung der Kantengeschwindigkeit, wenn keine underen Maßnahmen ergrwennfen werden, die Länge der Leiterbahn erheblich verkürzt werden, um die Integrität des Signals zu erhalten.
Es gibt zwei Möglichkeiten, Hochgeschwindigkeitsschaltungen auf relativ langen Leitungen ohne ernsthafte Wellenformverzerrung arbeiten zu lassen. TTL verwendet Schottky-Dioden-KlemmMethodee für schnell fallende Kanten, so dass der Überschuss an einem Diodenspannungsabfall festgeklemmt wird, der niedriger als das Erdungspotential ist. Auf der Ebene von âHâ'reduziert dies die Amplitude des Spiels. Die langsamer ansteigende Kante erlaubt Überschwingen, wird aber durch die relativ hohe Ausgangsimpedanz ((5)0ï½80Ω) der Schaltung im Zustund âHâ'gedämpft. Darüber hinaus ist das Rückschlagproblem aufgrund der größeren ImmEinheität des Status "H" nicht sehr prominent. Bei Geräten der HCT-Serie verbessert sich die Wirkung, wenn die Schottky-Diodenklemme und das Reihenwiderstundsabschluss-Verfahren kombiniert werden.
Bei einem Fan-Out entlang der Signalleitung scheint die oben vorgestellte TTL-Formgebungsmethode bei einer höheren Bitrate und einer schnelleren Kantenrate etwas unzureichend zu sein. Da es reflektierte Wellen in der Leitung gibt, neigen sie dazu, mit einer hohen Bitrate syndietisiert zu werden, was zu ernsthaften Signalverzerrungen und verminderter Interferenzfähigkeit führt. Um das Reflexionsproblem zu lösen, wird daher in der Regel eine undere Methode im ECL-System verwendet: die Linienimpedanz-Matching-Methode. Auf diese Weise kann die Reflexion kontrolliert und die Integrität des Signals gewährleistet werden.
Streng genommen sind bei herkömmlichen TTL- und CMOS-Geräten mit langsameren Kantengeschwindigkeiten Übertragungsleitungen nicht unbedingt notwendig. Bei Hochgeschwindigkeits-ECL-Geräten mit höheren Kantengeschwindigkeiten werden nicht immer Übertragungsleitungen benötigt. Aber bei der Verwendung von Übertragungsleitungen haben sie die Vorteile, die Verbindungsverzögerung vorherzusagen und Reflexion und Oszillation durch Impedanzanpassung zu steuern. 1
Bei der Entscheidung über die Nutzung einer Übertragungsleitung gibt es fünf grundlegende Fakzuren. Sie sind: (1) die Rundrate des SystemSignals, (2) der Verbindungsabstund (3) die kapazitive Last (wie viel Lüfter raus), (4) die widerstundsfähige Last (die Leitungsabschlussmethode); (5) zulässig Der Prozentsatz von Spiel und Überschuss (der Grad der Verringerung der AC-Immunität).
2. Mehrere Arten von Übertragungsleitungen
(1) Koaxialkabel und Twisted Pair: Sie werden häufig in der Verbindung zwischen Systemen verwendet. Die charakteristische Impedanz des Koaxialkabels ist normalerweise 50Ω und 75Ω, und verdrilltes Paar ist normalerweise 110Ω.
(2) MicroStreifen Linie auf der Leiterplatte
Die Microstrip-Leitung ist ein Streifenleiter (Signalleitung). Ein Dielektrikum wird verwendet, um es von der Erdungsebene zu isolieren. Wenn Dicke, Breite und Abstund zwischen der Linie und der Masseebene steuerbar sind, kann auch deren charakteristische Impedanz gesteuert werden. Die charakteristische Impedanz Z0 der Mikrostreifenleitung ist:
In die Formel: [Er is die relativ Permittivität von die gedruckt Brett dielektrisch Material
(6) ist die Dicke der dielektrischen Schicht
W ist die Breite der Linie
t ist die Dicke der Linie
Die Übertragungsverzögerungszeit einer Mikrostreifenleitung pro Längeneinheit hängt nur von der Dielektrizitätskonstante ab und hat nichts mit der Leitungsbreite oder dem Abstund zu tun.
(3) Streifen Linie in gedruckter Pappe
Eine StripLinie ist eine Kupferbundlinie, die in der Mitte eines Dielektrikums zwischen zwei leitenden Ebenen platziert wird. Wenn die Dicke und Breite der Linie, die Dielektrizitätskonstante des Mediums und der Abstund zwischen den beiden leitenden Ebenen steuerbar sind, dann ist die charakteristische Impedanz der Linie auch steuerbar. Die charakteristische Impedanz B der Bandleitung ist:
Wo: b is die Entfernung zwischen zwei Boden Bretter
W ist die Breite der Linie
t ist die Dicke der Linie
Ebenso hat die Übertragungsverzögerungszeit einer Streifenleitung pro Längeneinheit nichts mit der Breite oder dem Abstand der Leitung zu tun; Es hängt nur von der relativen Permittivität des verwendeten Mediums ab.
3. Unbegrenzte Übertragungsleitung
Wenn die Leitungsverzögerungszeit viel kürzer als die Signalanstiegszeit ist, kann die Übertragungsleitung ohne Serienbeendigung oder Parallele Beendigung verwendet werden. Wenn ein nicht beendeter Draht eine Round-Trip-Verzögerung hat (die Zeit, die es braucht, um ein Signal auf der Übertragungsleitung einmal zu reisen), dann Puls Die Anstiegszeit des Signals ist kurz, so dass der durch Nichtbeendigung verursachte Rückschlag etwa 15% des logischen Schwingens beträgt. Die maximale Länge der Öffnungsroute beträgt etwa:
Lmaxï¼tr/2tpd
Wo: tr ist die Anstiegszeit
tpd ist die Übertragungsverzögerungszeit pro Einheit Leitungslänge
4. Beendigung der Übertragungsleitung
Am Empfangsende einer Leitung wird ein Widerstand verwendet, der der charakteristischen Impedanz der Leitung entspricht, um zu beenden, dann wird die Übertragungsleitung eine Parallele Anschlussverbindung genannt. Es wird hauptsächlich verwendet, um die beste elektrische Leistung zu erhalten, einschließlich des Antriebs verteilter Lasten.
Manchmal, um Stromverbrauch zu spsindn, wird ein 104 Kondensazur in Reihe mit dem Abschlusswiderstand verbunden, um einen AC-Abschlusskreis zu bilden, der DC-Verlust effektiv reduzieren kann.
Ein Widerstand wird in Reihe zwischen dem Treiber und der Übertragungsleitung angeschlossen, und die Klemme der Leitung ist nicht mehr mit dem Abschlusswiderstand verbunden. Diese Beendigungsmethode wird Serienbeendigung genannt. Überschwingen und Klingeln an der längeren Linie können durch Seriendämpfung oder Serienabschlusstechnik gesteuert werden. Die Seriendämpfung wird durch die Verwendung eines kleinen Widerstands (in der Regel 10 bis 75Ω) erreicht, der in Reihe mit dem Ausgang des Antriebsschiebers verbunden ist. Diese Dämpfungsmethode eignet sich in Verbindung mit Leitungen, deren charakteristische Impedanz gesteuert wird (z. B. Backplane Verdrahtung, Leiterplatten ohne Masseebenen und die meisten Wickeldrähte usw.).
Bei Serienabschluss ist die Summe des Wertes des Serienwiderstands und der Ausgangsimpedanz der Schaltung (Antriebszur) gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung. Die Reihenanschlussendverdrahtung hat die Nachteile, dass sie nur die Pauschallast an der Klemme nutzen kann und die Übertragungsverzögerungszeit länger ist. Dies kann jedoch durch den Einsatz redundanter seriell beendeter Übertragungsleitungen überwunden werden.
5. Vergleich mehrerer Terminierungsmethoden
Sowohl Parallelschaltung als auch Serienschaltung haben ihre eigenen Vorteile. Welches oder beides zu verwenden ist, hängt von den Präferenzen des Designers und den SystemanfBestellungungen ab. Der Hauptvorteil der Parallelverbindung ist, dass das System schnell ist und das Signal ohne Verzerrung auf der Leitung übertragen wird. Die Last auf der langen Linie beeinflusst weder die Übertragungsverzögerungszeit des Antriebszurs, das die lange Linie treibt, noch die Signalrandgeschwindigkeit davon, sondern erhöht die Übertragungsverzögerungszeit des Signals entlang der langen Linie. Beim Antreiben eines großen Lüfters kann die Last entlang der kurzen Abzweigleitung verteilt werden, anstelle der Klemme, wo die Last auf die Leitung wie beim Serienabschluss gebündelt werden muss.
Das Reihenabschlussverfahren macht die Schaltung in der Lage, mehrere Parallele Lastleitungen anzutreiben. Die Verzögerungszeit, die durch die kapazitive Last der Reihenklemmenverdrahtung verursacht wird, ist etwa doppelt so groß wie die entsprechende Parallele Klemmenverdrahtung, und der Kurzschluss wird durch die kapazitive Last verursacht. Die Geschwindigkeit verlangsamt sich und die Verzögerungszeit des Drive Gate erhöht sich. Allerdings ist der Übersprechen der Reihenverbindung kleiner als der Parallelanschluss. Der Hauptgrund ist, dass die Amplitude des Signals, das entlang der Serienverbindung übertragen wird, nur die Hälfte des Logikschwingens ist. Der Schaltstrom ist nur die Hälfte des Schaltstroms des Parallelabschlusses, und die Signalenergie ist klein und das Übersprechen ist klein.
Verdrahtungstechnik mit zwei Leiterplatten
Ob Sie bei der Herstellung einer Leiterplatte eine doppelseitige oder eine mehrschichtige Leiterplatte wählen, hängt von der höchsten Betriebsfrequenz, der Komplexität des SchaltungsSystems und den Anforderungen an die Montagedichte ab. Es ist am besten, eine mehrschichtige Platine zu wählen, wenn die Taktfrequenz 200MHZ überschreitet. Wenn die Betriebsfrequenz 350MHz überschreitet, ist es am besten, eine Leiterplatte mit PTFE als dielektrische Schicht zu wählen, da ihre Hochfrequenzdämpfung kleiner ist, die parasitäre Kapazität kleiner ist und die Übertragungsgeschwindigkeit schneller ist. Großer und niedriger Stromverbrauch, die folgenden Prinzipien sind für die Verdrahtung der Leiterplatte erforderlich
(1) Vermeiden Sie beim Entwerfen von Signalübertragungsleitungen scharfe Wendungen, um Reflexionen zu verhindern, die durch plötzliche Änderungen der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung verursacht werden. Versolcheen Sie, eine einheitliche Bogenlinie mit einer bestimmten Größe zu entwerfen.
(2) Halten Sie so viel Platz wie möglich zwischen allen Parallelen Signalleitungen, um Übersprechen zu reduzieren. Wenn es zwei Signaldrähte gibt, die nah beieinander liegen, ist es am besten, einen Erdungskabel zwischen den beiden Drähten zu führen, der eine abschirmende Rolle spielen kann.
Die Breite der gedruckten Linie kann nach der oben genannten charakteristischen Impedanzberechnungsformel der Mikrostreifenlinie und der Bandlinie berechnet werden. Die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung auf der Leiterplatte liegt im Allgemeinen zwischen 50 und 120Ω. Um eine große charakteristische Impedanz zu erhalten, muss die Linienbreite sehr schmal sein. Aber sehr dünne Linien sind nicht einfach zu machen. Unter Berücksichtigung verschiedener Fakzuren ist es im Allgemeinen angebracht, einen Impedanzwert von etwa 68Ω zu wählen, da die charakteristische Impedanz von 68Ω das beste Gleichgewicht zwischen Verzögerungszeit und Stromverbrauch erzielen kann. Eine 50Ω Übertragungsleitung verbraucht mehr Strom; Natürlich kann eine größere Impedanz den Stromverbrauch verringern, aber es erhöht die Übertragungsverzögerungszeit. Die negativ Leitungskapazität erhöht die Übertragungsverzögerungszeit und verringert die charakteristische Impedanz. Jedoch ist die intrinsische Kapazität pro Einheitslänge des LeitungsSegments mit sehr niedriger Kennimpedanz relativ groß, so dass die Übertragungsverzögerungszeit und die charakteristische Impedanz weniger von der Lastkapazität beeinflusst werden. Ein wichtiges Merkmal einer ordnungsgemäß beendeten Übertragungsleitung ist, dass die kurze Nebenstrecke keinen Einfluss auf die Leitungsverzögerungszeit haben sollte. Wenn Z0 50Ω. Die Länge des AstStubs muss auf 2,5 cm oder weniger begrenzt sein. Um lautes Klingeln zu vermeiden.
(4) Wenn es einen kleinen Signalverstärker auf der Platine gibt, sollte die schwache Signalleitung vor der Verstärkung weit von der starken Signalleitung entfernt sein, und die Spur sollte so kurz wie möglich sein, und wenn möglich, verwenden Sie einen Erdungskabel, um sie abzuschirmen.
(5) Wenn sich Hochstromgeräte auf der Leiterplatte befinden, wie Relais, Anzeigeleuchten, Lautsprecher usw., sollten ihre Erdungskabel getrennt werden, um das Rauschen auf dem Erdungskabel zu reduzieren. Die Erdungskabel dieser Hochstromgeräte sollten mit einem unabhängigen ErdungsBus auf der Steckplatine und Backplane verbunden werden, und diese unabhängigen Erdungskabel sollten auch mit dem Erdungspunkt des gesamten Systems verbunden sein.
(6) Für doppelseitige Platten (oder vierschichtige Linien in sechsschichtigen Platten). Die Leitungen auf beiden Seiten der Leiterplatte sollten senkrecht zueinander stehen, um Übersprechen durch gegenseitige Induktion zu verhindern.
