Leiterplattentechnisch - Mehrere häufige Probleme im PCB Hochfrequenz-Board Design

Mit der schnellen Entwicklung der elektronischen Technologie und der breiten Anwendung der drahtlosen Kommunikationstechnologie in verschiedenen Bereichen, Hochfrequenz, hohe Geschwindigkeit, und hohe Dichte sind allmählich zu einem der bedeutenden Entwicklungstrends moderner elektronischer Produkte geworden. Hochfrequente Signalübertragung und Hochgeschwindigkeits-Digitalisierung haben erzwungen Hochfrequenz-Leiterplatten sich in Richtung Mikrolöcher zu bewegen und vergraben/Blinde Durchkontaktierungen, Feindrähte, und gleichmäßige und dünne dielektrische Schichten. Hochfrequenz, Hochgeschwindigkeit, hohe Dichte, Mehrschichtige Leiterplatte mit hoher Frequenz Designtechnik ist zu einem wichtigen Forschungsgebiet geworden. Basierend auf langjähriger Erfahrung in der Hardware Design Arbeit, Der Autor fasst einige Konstruktionstechniken und Vorsichtsmaßnahmen für Hochfrequenzschaltungen als Referenz zusammen.

1. Wie wählt man Hochfrequenzplatine für Leiterplatten?

Die Wahl des Leiterplattenmaterials für Hochfrequenz-Leiterplatten muss ein Gleichgewicht zwischen der Erfüllung der Designanforderungen und der Massenproduktion und den Kosten finden. Die Konstruktionsanforderungen umfassen sowohl elektrische als auch mechanische Teile. Dieses Materialproblem ist in der Regel wichtiger, wenn sehr schnelle PCB-Hochfrequenzplatinen (Frequenz größer als GHz) entworfen werden. Zum Beispiel hat das übliche FR-4 Material, der dielektrische Verlust bei einer Frequenz von mehreren GHz einen großen Einfluss auf die Signaldämpfung und ist möglicherweise nicht geeignet. Was Strom betrifft, achten Sie darauf, ob die dielektrische Konstante und der dielektrische Verlust für die entworfene Frequenz geeignet sind.

2. Wie löst man das Problem der Signalintegrität im Hochgeschwindigkeitsdesign?

Die Signalintegrität ist im Grunde ein Problem der Impedanzanpassung. Die Faktoren, die die Impedanzanpassung beeinflussen, umfassen die Struktur und Ausgangsimpedanz der Signalquelle, die charakteristische Impedanz der Leiterbahn, die Eigenschaften des Lastenden und die Topologie der Leiterbahn. Die Lösung besteht darin, sich auf die Topologie der Beendigung und Anpassung der Verkabelung zu verlassen.

3. Wie kann man Hochfrequenzstörungen vermeiden?

The basic idea to avoid high-frequency (Hochfrequenzplatine für Leiterplatten) interference is to minimize the interference of Hochfrequenz (PCB Hochfrequenz-Platine)) signal electromagnetic fields, which is the so-called crosstalk (Crosstalk). Kann den Abstand zwischen Hochgeschwindigkeitssignal und analogem Signal erhöhen, oder Bodenschutz hinzufügen/Shunttraces neben dem analogen Signal. Achten Sie auch auf die Störstörungen von der digitalen Masse zur analogen Masse.

4. Kann ein passender Widerstand zwischen den differentiellen Linienpaaren am Empfangsende hinzugefügt werden?

Der übereinstimmende Widerstand zwischen den differentiellen Linienpaaren am Empfangsende wird normalerweise addiert, und sein Wert sollte gleich dem Wert der differentiellen Impedanz sein. Auf diese Weise wird die Signalqualität besser sein.

5. Wie implementiert man Differenzverdrahtung für eine Taktsignalleitung mit nur einem Ausgangsanschluss?

Für die Verwendung von Differenzverdrahtungen ist es sinnvoll, dass sowohl die Signalquelle als auch das Empfangsende Differenzsignale sind. Daher ist es unmöglich, eine Differenzverdrahtung für ein Taktsignal mit nur einer Ausgangsklemme zu verwenden.

6. Wie wird die differenzielle Verdrahtungsmethode realisiert?

Bei der Anordnung des Differenzialpaares gibt es zwei Punkte zu beachten. Die eine ist, dass die Länge der beiden Drähte so lang wie möglich sein sollte, und die andere ist, dass der Abstand zwischen den beiden Drähten (dieser Abstand wird durch die Differenzimpedanz bestimmt) konstant gehalten werden muss, das heißt, um parallel zu bleiben. Es gibt zwei parallele Wege, eine ist, dass die beiden Drähte auf der gleichen Seite laufen, und die andere ist, dass die beiden Drähte auf zwei benachbarten Schichten oben und unten (over-under) laufen. Generell wird Ersteres nebeneinander (nebeneinander, nebeneinander) auf mehrere Arten umgesetzt.

7. Warum sollte die Verdrahtung des Differenzialpaares eng und parallel sein?

Die Verdrahtung des Differenzialpaares sollte entsprechend nah und parallel sein. Das sogenannte "richtige Schließen" liegt daran, dass der Abstand den Wert der Differenzimpedanz beeinflusst, der ein wichtiger Parameter für die Auslegung eines Differenzpaares ist. Die Notwendigkeit der Parallelität besteht auch darin, die Konsistenz der Differenzimpedanz aufrechtzuerhalten. Wenn die beiden Leitungen plötzlich weit und nah sind, ist die Differenzimpedanz inkonsistent, was die Signalintegrität beeinflusst

(Signalintegrität) und Zeitverzögerung (Zeitverzögerung).

8. Wie löst man den Widerspruch zwischen manueller Verdrahtung und automatischer Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitssignalen?

Die meisten automatischen Router starker Verdrahtungssoftware haben jetzt Einschränkungen festgelegt, um die Wickelmethode und die Anzahl der Durchgänge zu steuern. Die Wickelmotorfähigkeiten und Beschränkungseinstellungen verschiedener EDA-Unternehmen unterscheiden sich manchmal stark. Zum Beispiel, ob es genügend Einschränkungen gibt, um die Art der Serpentinenwicklung zu steuern, ob der Spurabstand des Differentialpaars gesteuert werden soll usw. Dies beeinflusst, ob die Routingmethode des automatischen Routings der Idee des Designers entsprechen kann. Darüber hinaus hängt die Schwierigkeit der manuellen Einstellung der Verkabelung auch absolut mit der Fähigkeit des Wickelmotors zusammen. Zum Beispiel die Schiebefähigkeit der Leiterbahn, die Schiebefähigkeit des Durchgangs und sogar die Schiebefähigkeit der Leiterbahn zur Kupferbeschichtung usw. Daher ist die Wahl eines Routers mit starker Wickelmotorfähigkeit die Lösung.

9. Wie geht man mit einigen theoretischen Konflikten in der tatsächlichen Verdrahtung um?

Grundsätzlich ist es richtig, die analog/digitale Masse zu trennen und zu isolieren. Es ist zu beachten, dass die Signalspur den geteilten Ort (Graben) nicht so weit wie möglich überqueren sollte, und der Rückstrompfad der Stromversorgung und des Signals sollte nicht zu groß sein.

Der Kristalloszillator ist ein analoger Schwingkreis mit positiver Rückkopplung. Um ein stabiles Oszillationssignal zu haben, muss es die Loopgain- und Phasenspezifikationen erfüllen. Die Schwingungsspezifikationen dieses analogen Signals werden leicht gestört. Selbst bei Bodenwächtern ist es möglicherweise nicht in der Lage, die Störung vollständig zu isolieren. Und wenn es zu weit weg ist, beeinflusst das Rauschen auf der Erdungsebene auch die positive Feedback-Schwingung. Daher muss der Abstand zwischen dem Kristalloszillator und dem Chip so nah wie möglich sein.

In der Tat, Es gibt viele Konflikte zwischen Hochgeschwindigkeitsverkabelung und EMI-Anforderungen. Aber das Grundprinzip ist, dass der Widerstand und die Kapazität oder die Ferritebead, die durch EMI hinzugefügt werden, nicht dazu führen kann, dass einige elektrische Eigenschaften des Signals die Spezifikationen nicht erfüllen. Daher, Es ist am besten, die Fähigkeiten der Anordnung der Spuren und der Hochfrequenzplatine für Leiterplatten zur Lösung oder Verringerung des EWI-Problems, wie das Hochgeschwindigkeitssignal, das zur inneren Schicht geht. Endlich, Das Widerstandskondensator- oder Ferritebead-Verfahren wird verwendet, um die Beschädigung des Signals zu reduzieren.

10. Ist es möglich, das Mikrostreifenlinienmodell zu verwenden, um die charakteristische Impedanz der Signalleitung auf der Leistungsebene zu berechnen? Kann das Signal zwischen Netzteil und Masseebene mit dem Stripline-Modell berechnet werden?

Ja, bei der Berechnung der Kennimpedanz, Sowohl die Leistungsebene als auch die Bodenebene sind als Bezugsebene zu betrachten.. Zum Beispiel, a Vierschichtplatte: obere Schicht-Leistung Schicht-Boden Schicht-untere Schicht. Zur Zeit, Das charakteristische Impedanzmodell der Oberschicht ist ein Mikrostreifenlinienmodell mit der Leistungsebene als Bezugsebene.