Leiterplatte Blog - Sprechen darüber, wie man eine Leiterplatte aus fünf Aspekten macht

Jeder weiß, dass Leiterplatte ist es, einen entworfenen Schaltplan in eine reale PCB Brett. Bitte unterschätzen Sie diesen Prozess nicht. Es gibt viele Dinge, die im Prinzip funktionieren, aber im Engineering schwer zu erreichen sind, oder es ist etwas, das andere erreichen können, aber andere können nicht. Daher, es ist nicht schwierig, eine Leiterplatte, aber es ist keine leichte Aufgabe, eine gute Arbeit von einem Leiterplatte. Die beiden größten Schwierigkeiten im Bereich der Mikroelektronik sind die Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen und schwachen Signalen. In dieser Hinsicht, die Höhe der Leiterplatte Produktion ist besonders wichtig. Das gleiche Prinzip Design, die gleichen Komponenten, und die Leiterplattes, die von verschiedenen Menschen produziert werden, haben unterschiedliche Eigenschaften. Das Ergebnis, So wie können wir eine gute Leiterplatte?

1. To clarify the design goals
When receiving a design task, voder einllem, es ist notwendig, das Designziel zu klären, ob es sich um eine gewöhnliche Leiterplatte, eine Hochfrequenz Leiterplatte, eine kleine Signalverarbeitung Leiterplatte, or a Leiterplatte mit Hochfrequenz- und Kleinsignalverarbeitung. Wenn es ein gewöhnliches Leiterplatte, Solange das Layout und die Verkabelung vernünftig und ordentlich sind, und die mechanischen Abmessungen sind genau, bei mittleren und langen Leitungen, Es müssen bestimmte Mittel verwendet werden, um die Belastung zu verringern. Wenn es mehr als 40MHz Signalleitungen auf der Platine gibt, Diese Signalleitungen sollten besonders berücksichtigt werden, wie Übersprechen zwischen Zeilen. Wenn die Frequenz höher ist, Es wird strengere Einschränkungen für die Länge der Verkabelung geben. Nach der Netzwerktheorie der verteilten Parameter, das Zusammenspiel von Hochgeschwindigkeitsstrecken und deren Verdrahtung ist ein entscheidender Faktor, die im Systemdesign nicht ignoriert werden können. Mit der Erhöhung der Gate-Übertragungsgeschwindigkeit, der Widerstand auf der Signalleitung wird entsprechend zunehmen, und das Übersprechen zwischen benachbarten Signalleitungen wird proportional zunehmen. Normalerweise, Der Stromverbrauch und die Wärmeableitung von Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen sind auch groß. Bei der Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten sollte der Platine ausreichend Aufmerksamkeit geschenkt werden. Wenn es schwache Signale von Millivolt-Pegel oder sogar Mikrovolt-Pegel auf der Platine gibt, Besondere Sorgfalt ist für diese Signalleitungen erforderlich. Weil das kleine Signal zu schwach ist, Es ist sehr einfach, durch andere starke Signale gestört zu werden, und Abschirmungsmaßnahmen sind oft notwendig. Reduziert das Signal-Rausch-Verhältnis erheblich. Als Ergebnis, Das Nutzsignal wird durch Rauschen überfordert und kann nicht effektiv extrahiert werden. Die Inbetriebnahme der Platine sollte auch in der Designphase berücksichtigt werden. Die physische Lage der Prüfstelle, die Isolation des Prüfpunktes und anderer Faktoren kann nicht ignoriert werden, weil einige kleine und hochfrequente Signale nicht direkt zur Messung der Sonde hinzugefügt werden können. Darüber hinaus, andere verwandte Faktoren sollten berücksichtigt werden, wie die Anzahl der Schichten der Platte, die Gehäuseform der verwendeten Bauteile, und die mechanische Festigkeit der Platte. Bevor ein Leiterplatte, Es ist notwendig, die Designziele des Designs zu kennen.

2. Understund die function of the components used for the layout and wiring requirements
We know that some special components have special requirements for layout and wiring, wie die analogen Signalverstärker in LOTI und APH. Die analogen Signalverstärker benötigen stabile Stromversorgung und kleine Ripple. Der analoge kleine Signalteil sollte so weit wie möglich vom Stromgerät ferngehalten werden. Auf dem OTI-Board, Der kleine Signalverstärker ist auch speziell mit einer Abschirmabdeckung ausgestattet, um die streunenden elektromagnetischen Störungen abzuschirmen. Der GLINK-Chip, der auf der NTOI-Platine verwendet wird, nimmt den ECL-Prozess an, das viel Strom verbraucht und Wärme erzeugt. Besondere Berücksichtigung des Wärmeableitungsproblems während des Layouts. Wenn natürliche Wärmeableitung verwendet wird, Der GLINK-Chip muss an einem Ort platziert werden, an dem die Luftzirkulation relativ gleichmäßig ist., und die abgeführte Wärme kann keinen großen Einfluss auf andere Chips haben. Wenn das Board mit Lautsprechern oder anderen Hochleistungsgeräten ausgestattet ist, Es kann zu einer ernsthaften Verschmutzung der Stromversorgung führen, dem auch genügend Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte.

3. Consideration of component layout
One of the first factors to be considered in the layout of components is the electrical performance. Die Komponenten, die eng mit der Verdrahtung verbunden sind, sollten so viel wie möglich zusammengefügt werden. Besonders für einige Hochgeschwindigkeitsstrecken, Das Layout sollte so kurz wie möglich sein. Leistungssignal und kleine Signalgeräte zum Trennen. Auf der Prämisse der Erfüllung der Schaltungsleistung, Es ist auch notwendig zu berücksichtigen, dass die Komponenten sauber und schön platziert sind, das für die Prüfung bequem ist. Die mechanische Größe der Platine und die Lage der Buchse müssen ebenfalls sorgfältig berücksichtigt werden. Erdungs- und Ausbreitungsverzögerungszeiten an Verbindungsleitungen in Hochgeschwindigkeitssystemen sind auch erste Überlegungen bei der Systemplanung. Die Übertragungszeit auf der Signalleitung hat großen Einfluss auf die Gesamtsystemgeschwindigkeit, speziell für Hochgeschwindigkeits-ECL-Schaltungen. Obwohl die Geschwindigkeit des integrierten Schaltungsblocks selbst sehr hoch ist, due to the use of ordinary interconnecting lines on the backplane (about 30 cm in length per line) 2ns delay) will increase the delay time, die Systemgeschwindigkeit stark reduzieren kann. Synchron arbeitende Komponenten wie Schichtregister und Synchronzähler werden auf derselben Steckplatine platziert, weil die Übertragungsverzögerungszeit der Taktsignale auf verschiedene Steckplatinen nicht gleich ist, der den Hauptfehler des Schichtregisters verursachen kann. board, wo Synchronisation entscheidend ist, Die Länge der Taktlinien von der gemeinsamen Taktquelle zu jeder Platine muss gleich sein.

4. The consideration of wiring
With the completion of the design of OTNI and star fiber network, Es werden in Zukunft weitere Boards mit Hochgeschwindigkeitssignalleitungen über 100MHz geplant sein. Einige Grundkonzepte von Hochgeschwindigkeitsstrecken werden hier vorgestellt.
4.1 Transmission line
Any "long" signal path on a printed circuit board can be considered a transmission line. Wenn die Ausbreitungsverzögerungszeit der Leitung viel kürzer ist als die Signalerhöhungszeit, Reflexionen, die während des Signalanstiegs entstehen, werden ausgeblendet. Überschreitung, Kickback und Klingeln sind nicht mehr vorhanden. Für die meisten aktuellen MOS-Schaltungen, da das Verhältnis von Anstiegszeit zu Leitungsverzögerungszeit viel größer ist, Spuren können in Metern ohne Signalverzerrung gemessen werden. Für schnellere Logikschaltungen, besonders ultraschnelle ECL. Für integrierte Schaltungen, aufgrund der Erhöhung der Kantengeschwindigkeit, wenn keine anderen Maßnahmen ergriffen werden, Die Länge der Leiterbahnen muss stark verkürzt werden, um die Signalintegrität zu erhalten. Es gibt zwei Möglichkeiten, Hochgeschwindigkeitsschaltungen auf relativ langen Leitungen ohne ernsthafte Wellenformverzerrung arbeiten zu lassen. TTL verwendet Schottky Diodenklemmung für schnell fallende Kanten, so dass der Überschuss an einem Diodenabfall unter Erdpotential festgeklemmt wird. Dies reduziert das Ausmaß des nachfolgenden Rückschlags, die langsamer ansteigende Kante erlaubt Überschießen, but it is attenuated by the relatively high output impedance (50-80Ω) of the circuit in the level "H" state . Darüber hinaus, aufgrund der hohen Immunität des Status "H", das Rückstoßproblem ist nicht sehr auffällig. Für Geräte der Serie HCT, wenn Schottky Diodenklemmen und Reihenwiderstandsabschluss verwendet werden, wird die Verbesserung verbessert werden. Wirkung wird offensichtlicher sein. Bei höheren Bitraten und schnelleren Kantenraten, Die oben beschriebenen TTL-Formgebungsmethoden sind etwas unzureichend, wenn entlang der Signalleitung ein Fan-Out vorhanden ist. Wegen der reflektierten Wellen in der Linie, Sie neigen dazu, bei hohen Bitraten zu kombinieren, verursacht starke Signalverzerrungen und verringerte Störfestigkeit. Daher, um das Reflexionsproblem zu lösen, Im ECL-System wird üblicherweise eine andere Methode verwendet: die Methode der Linienimpedanzanpassung. Auf diese Weise können Reflexionen kontrolliert und Signalintegrität gewährleistet werden. Streng genommen, für konventionelle TTL- und CMOS-Geräte mit geringeren Kantengeschwindigkeiten, Übertragungsleitungen sind nicht sehr notwendig. Auch bei Hochgeschwindigkeits-ECL-Geräten mit höheren Kantengeschwindigkeiten sind Übertragungsleitungen nicht immer erforderlich. Aber bei Verwendung von Übertragungsleitungen, Sie haben den Vorteil, Kabelverzögerungen vorherzusagen und Reflexionen und Oszillationen durch Impedanzanpassung steuern zu können.

4.2 Es gibt die folgenden fünf grundlegenden Faktoren für die Entscheidung, ob eine Übertragungsleitung verwendet werden soll. They are:
(1) The edge rate of the system signal;
(2) Connection distance;
(3) Capacitive load (how much fan-out);
(4) Resistive load (wire termination method);
(5) Permissible recoil and overshoot percentage (reduction in AC immunity).

4.3 Several types of transmission lines
(1) Coaxial cable and twisted pair: They are often used in the connection between systems. Die charakteristische Impedanz des Koaxialkabels beträgt normalerweise 50Ω und 75Ω, und Twisted Pair ist normalerweise 110Ω.
(2) Microstrip line on the printed board: The microstrip line is a strip conductor (signal line). Isoliert von der Bodenebene mit einem Dielektrikum. Wenn die Dicke, Breite, und Abstand von der Bodenebene der Linie steuerbar sind, seine charakteristische Impedanz ist auch steuerbar. Die Ausbreitungsverzögerungszeit pro Längeneinheit der Mikrostreifenlinie hängt nur von der Dielektrizitätskonstante ab und hat nichts mit der Linienbreite oder dem Abstand zu tun.
(3) Stripline in printed boards: A stripline is a copper stripline placed in the middle of a dielectric between two conductive planes. Wenn die Dicke und Breite der Linie, die dielektrische Konstante des Mediums, und der Abstand zwischen den beiden leitfähigen Ebenen steuerbar ist, dann ist auch die charakteristische Impedanz der Leitung steuerbar. Ebenso, die Ausbreitungszeit pro Längeneinheit der Streifenlinie ist unabhängig von der Breite oder dem Abstand der Linien; Es hängt nur von der relativen Permittivität des verwendeten Mediums ab.

4.4 Terminate transmission lines
When the receiving end of a line is terminated with a resistance equal to the characteristic impedance of the line, Die Übertragungsleitung wird als parallele Abschlussleitung bezeichnet. Es wird hauptsächlich verwendet, um elektrische Leistung zu erhalten, einschließlich Antrieb verteilter Lasten. Manchmal, um Stromverbrauch zu sparen, Ein 104 Kondensator wird in Reihe mit dem Abschlusswiderstand verbunden, um einen AC-Abschlusskreis zu bilden, die den DC-Verlust effektiv reduzieren kann. Ein Widerstand wird in Reihe zwischen dem Treiber und der Übertragungsleitung geschaltet, und das Ende der Leitung ist nicht mehr mit dem Abschlusswiderstand verbunden. Diese Beendigungsmethode wird Reihenabschluß genannt. Überschuss und Klingeln auf längeren Leitungen können mit Seriendämpfungs- oder Serienabschlusstechniken gesteuert werden. Series damping is achieved by using a small resistor (usually 10 to 75Ω) in series with the output of the drive gate. This method of damping is suitable for use with wires whose characteristic impedance is controlled (such as backplane wiring, Leiterplatten ohne Masseebenen, and most wire-wraps). Die Summe ist gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung. Die serielle Leitung hat den Nachteil, dass nur vereinzelte Lasten an der Beendigung verwendet werden können und die Ausbreitungsverzögerungszeit lang ist. Allerdings, Dies kann durch redundante serielle Übertragungsleitungen überwunden werden.

4.5 Unterminated Transmission Line
Transmission lines can be used without series or parallel termination if the line delay time is much shorter than the signal rise time, if the round-trip delay (the time the signal takes to go back and forth on the transmission line) for an unterminated line is longer than for a pulsed signal If the rise time is short, Der Rückschlag wegen Nichttermination beträgt etwa 15% des Logikschwinges.

4.6 Comparison of several termination methods
Both parallel terminal wiring and series terminal wiring have their own advantages. Welches ist zu verwenden?, oder beides, hängt von den Präferenzen des Designers und den Systemanforderungen ab. Der Hauptvorteil der parallelen Anschlussverdrahtung ist die hohe Geschwindigkeit des Systems und die vollständige und verzerrungsfreie Übertragung des Signals auf dem Draht. Die Last auf der langen Linie beeinflusst weder die Ausbreitungsverzögerungszeit des Antriebstors, das die lange Linie antreibt, noch seine Signalkantengeschwindigkeit, aber erhöht die Ausbreitungsverzögerungszeit des Signals entlang der langen Linie. Beim Fahren eines großen Lüfters, Die Last kann entlang der Linie durch den Abzweigstumpf anstatt der Klemme verteilt werden, wo die Last wie beim Serienabschluss gebündelt werden muss. Das Reihenabschlussverfahren macht den Stromkreis in der Lage, mehrere parallele Lastleitungen anzutreiben. Die Verzögerungszeit, die durch die kapazitive Last der seriell beendeten Leitung verursacht wird, ist etwa doppelt so groß wie die der entsprechenden parallel beendeten Leitung, während die kurze Leitung durch die kapazitive Last verursacht wird. Die Geschwindigkeit wird verlangsamt und die Verzögerungszeit des Antriebsgates wird erhöht, jedoch, das Übersprechen des seriellen Drahtes ist kleiner als das des parallelen Drahtes, Hauptsächlich, weil die Amplitude des Signals, das entlang des seriellen Drahtes übertragen wird, nur die Hälfte der Logikschwingung ist, So ist der Schaltstrom auch nur die Hälfte des parallel beendeten Schaltstroms, und die Signalenergie ist klein und das Übersprechen ist klein.

5. Leiterplatte wiring technology
Whether to choose a double-sided or a multi-layered board when making a Leiterplatte hängt von der Betriebsfrequenz ab, Komplexität des Schaltungssystems und Anforderungen an die Montagedichte. Wählen Sie eine mehrschichtige Platine, wenn die Taktfrequenz 200MHZ überschreitet. Wenn die Betriebsfrequenz 350MHz übersteigt, Die Leiterplatte mit PTFE als dielektrische Schicht wird ausgewählt, weil seine Hochfrequenzschwächung kleiner ist, die parasitäre Kapazität kleiner ist, und die Übertragungsgeschwindigkeit ist schneller. Um Stromverbrauch zu sparen, the following principles are required for the wiring of the printed circuit board
(1) There should be as much space as possible between all parallel signal lines to reduce crosstalk. Wenn zwei Signalleitungen nahe beieinander liegen, Führen Sie einen Erdungskabel zwischen den beiden Leitungen, das als Schild fungieren kann.
(2) When designing the signal transmission line, es ist notwendig, scharfe Kurven zu vermeiden, um die Reflexion zu verhindern, die durch die plötzliche Änderung der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung verursacht wird, und versuchen, es als einheitliche Bogenlinie mit einer bestimmten Größe zu entwerfen.
(3) The width of the printed line can be calculated according to the characteristic impedance calculation formula of the microstrip line and the strip line. Die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung auf der Leiterplatte liegt im Allgemeinen zwischen 50 und 120Ω. Um eine große charakteristische Impedanz zu erhalten, die Linienbreite muss sehr schmal sein. Aber sehr dünne Linien sind nicht einfach zu machen. Berücksichtigung verschiedener Faktoren, Es ist generell angebracht, einen Impedanzwert von etwa 68Ωzu wählen., Denn die Wahl einer charakteristischen Impedanz von 68Ω kann ein Gleichgewicht zwischen Verzögerungszeit und Stromverbrauch erreichen. Eine 50Ω Übertragungsleitung verbraucht mehr Strom; eine größere Impedanz kann sicherlich den Stromverbrauch senken, aber es wird die Übertragungsverzögerungszeit erhöhen. Die Ausbreitungsverzögerungszeit nimmt zu und die charakteristische Impedanz nimmt aufgrund der negativen Leitungskapazität ab. Allerdings, Die intrinsische Kapazität pro Längeneinheit des Leitungssegments mit geringer Kennimpedanz ist relativ groß, So werden die Übertragungsverzögerungszeit und die charakteristische Impedanz weniger durch die Lastkapazität beeinflusst. Ein wichtiges Merkmal einer ordnungsgemäß beendeten Übertragungsleitung ist, dass Abzweigstubs wenig Einfluss auf die Leitungsverzögerungszeit haben sollten. Wenn Z0 50Ω. Die Länge der Abzweigkurzlinie muss innerhalb von 2 begrenzt werden.5cm. Um ein großes Klingeln zu vermeiden.
(4) For double-sided boards (or four-layer lines in six-layer boards). Die Leitungen auf beiden Seiten der Leiterplatte sollten senkrecht zueinander stehen, um gegenseitige Induktion und Übersprechen zu verhindern.
(5) If there are high-current devices on the printed board, wie Relais, Kontrollleuchten, Lautsprecher, etc., Ihre Erdungskabel sollten getrennt und getrennt laufen, um das Geräusch auf dem Erdungskabel zu reduzieren. Die Masseleitungen dieser Hochstromgeräte sollten an einen separaten Massebus auf der Steckplatine und Backplane angeschlossen werden., und diese separaten Erdungskabel sollten auch mit dem Erdungspunkt des gesamten Systems verbunden werden.
(6) If there is a small signal amplifier on the board, Die schwache Signalleitung vor der Verstärkung sollte von der starken Signalleitung ferngehalten werden, und die Spur sollte so kurz wie möglich sein, and the Leiterplatte sollte nach Möglichkeit mit Erdungskabel abgeschirmt werden.