Leiterplattentechnisch - Vorsichtsmaßnahmen für das Design von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten

Vorsichtsmaßnahmen für das Entwerfen von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten-LeiterplattenDie Anzahl der Stapel: Eine gute laminierte Struktur ist die beste vorbeugende Maßnahme für die meisten Signalintegritätsprobleme und EMC-Probleme, und sie wird auch von den Menschen am meisten missverstanden. Hier spielen mehrere Faktoren eine Rolle, und ein guter Weg, ein Problem zu lösen, kann andere Probleme verschlimmern. Viele Systemdesignanbieter schlagen vor, dass es mindestens eine kontinuierliche Ebene in der Leiterplatte geben sollte, um die charakteristische Impedanz und Signalqualität zu steuern. Solange die Kosten erschwinglich sind, ist dies ein guter Vorschlag. EMV-Berater empfehlen oft, eine Bodenfüllung oder Bodenschicht auf die äußere Schicht zu legen, um elektromagnetische Strahlung und Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen zu kontrollieren. Dies ist auch unter bestimmten Bedingungen ein guter Vorschlag. Analyse von Signalproblemen in laminierten Strukturen mit Kapazitätsmodellen Aufgrund von transienten Strömen kann diese Methode jedoch in einigen gängigen Designs problematisch sein. Betrachten wir zunächst den einfachen Fall eines Paares von Leistungsebene/Erdungsebene: Es kann als Kondensator gesehen werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Leistungsschicht und die Bodenschicht die beiden Platten des Kondensators sind. Um einen größeren Kapazitätswert zu erhalten, müssen Sie die beiden Platten näher beieinander bewegen (Abstand D) und die dielektrische Konstante erhöhen (εâ Ä ¼râ Ä ¼). Je größer die Kapazität, desto niedriger die Impedanz, was wir wollen, weil sie Rauschen unterdrücken kann. Unabhängig davon, wie die anderen Schichten angeordnet sind, sollten die Haupt- und Masseschicht nebeneinander und in der Mitte des Stapels liegen. Wenn der Abstand zwischen der Leistungsschicht und der Bodenschicht groß ist, verursacht dies eine große Stromschleife und bringt viel Rauschen. Bei einem 8-Lagen-Board verursacht das Setzen der Power-Schicht auf einer Seite und der Ground-Schicht auf der anderen Seite die folgenden Probleme

1. Maximales Übersprechen. Durch die Erhöhung der gegenseitigen Kapazität ist das Übersprechen zwischen den Signalschichten größer als das Übersprechen der Schichten selbst.2. Die größte Auflage. Strom fließt um jede Leistungsebene und parallel zum Signal tritt eine große Menge Strom in die Hauptleistungsebene ein und kehrt durch die Erdungsebene zurück. Die EMV-Eigenschaften verschlechtern sich aufgrund des Anstiegs des Umwälzstroms.3. Verlust der Kontrolle über Impedanz. Je weiter das Signal von der Steuerschicht entfernt ist, desto geringer ist die Genauigkeit der Impedanzsteuerung aufgrund anderer Leiter um sie herum.4 Da es leicht ist, Lötkürze zu verursachen, kann es die Kosten des Produkts erhöhen. Charakteristische Impedanz: Wir müssen eine Kompromisswahl zwischen Leistung und Kosten treffen. Aus diesem Grund bin ich hier, um darüber zu sprechen, wie man digitale Leiterplatten anordnet, um die besten SI- und EMV-Eigenschaften zu erhalten. Die Verteilung jeder Schicht der Leiterplatte ist im Allgemeinen symmetrisch. Meiner bescheidenen Meinung nach sollten nicht mehr als zwei Signalschichten nebeneinander platziert werden; Andernfalls wird die Kontrolle über SI weitgehend verloren gehen. Am besten platzieren Sie die internen Signalschichten symmetrisch paarweise. Wenn nicht einige Signale an SMT-Geräte verdrahtet werden müssen, sollten wir die äußere Signalverdrahtung minimieren.Der erste Schritt eines guten Entwurfsschemas besteht darin, die laminierte Struktur für eine Leiterplatte mit einer großen Anzahl von Schichten korrekt zu entwerfen. Wir können diese Platzierungsmethode viele Male wiederholen. Sie können auch zusätzliche Power Layer und Ground Layer hinzufügen; Stellen Sie nur sicher, dass sich zwischen den beiden Leistungsschichten kein Paar Signalschichten befindet. Hochgeschwindigkeitssignalverdrahtung sollte im gleichen Paar Signalschichten angeordnet sein; Sofern es nicht durch den Anschluss von SMT-Geräten angetroffen wird, darf dieses Prinzip nicht verletzt werden. Alle Spuren eines Signals sollten einen gemeinsamen Rückweg haben (d.h. die Erdungsebene). Es gibt zwei Ideen und Methoden, um zu beurteilen, welche zwei Schichten als Paar betrachtet werden können:1. Stellen Sie sicher, dass die Rückmeldungen bei gleichen Abständen exakt gleich sind. Das bedeutet, dass die Signale symmetrisch auf beiden Seiten der inneren Masseebene geführt werden sollten. Der Vorteil davon ist, dass es einfach ist, die Impedanz und den Zirkulationsstrom zu steuern; Der Nachteil ist, dass es viele Durchgänge auf der Bodenschicht gibt, und es gibt einige nutzlose Schichten.2. Zwei Signalschichten benachbarter Verdrahtung. Der Vorteil ist, dass die Durchkontaktierungen in der Erdschicht auf ein Minimum gesteuert werden können (mit vergrabenen Durchkontaktierungen); Der Nachteil ist, dass die Wirksamkeit dieser Methode für einige Schlüsselsignale reduziert wird. Ich benutze gerne die zweite Methode. Bevorzugt ist, dass der Masseanschluss für Elementantrieb- und Empfangssignale direkt mit der an die Signalverdrahtungsschicht angrenzenden Schicht verbunden werden kann. Als einfaches Verdrahtungsprinzip sollte die Oberflächenverdrahtungsbreite in Zoll weniger als ein Drittel der Antriebsanstiegszeit in Nanosekunden betragen (zum Beispiel: Hochgeschwindigkeits-TTL-Verdrahtungsbreite ist 1 Zoll). Wenn es von mehreren Netzteilen mit Strom versorgt wird, muss eine Masseschicht zwischen die Stromversorgungskabel gelegt werden, um sie zu trennen. Bilden Sie keinen Kondensator, um keine Wechselstromkupplung zwischen den Netzteilen zu verursachen. Die oben genannten Maßnahmen dienen alle dazu, die Zirkulation und Übersprechen zu reduzieren und die Impedanzsteuerungsfähigkeit zu stärken. Die Masseebene wird auch eine effektive EMV "Abschirmbox" bilden. Unter der Voraussetzung, den Einfluss auf die charakteristische Impedanz zu berücksichtigen, kann die ungenutzte Oberfläche in eine Bodenschicht umgewandelt werden. Eine gute laminierte Struktur kann die Impedanz effektiv steuern, und ihre Spuren können eine leicht verständliche und vorhersehbare Übertragungsleitungsstruktur bilden. Vor-Ort-Lösungstools können solche Probleme gut bewältigen, solange die Anzahl der Variablen auf ein Minimum kontrolliert wird, können ziemlich genaue Ergebnisse erzielt werden. Wenn jedoch drei oder mehr Signale gestapelt sind, ist dies nicht unbedingt der Fall, und der Grund ist subtil. Der Sollimpedanzwert hängt von der Prozesstechnik des Gerätes ab. Hochgeschwindigkeits-CMOS-Technologie kann im Allgemeinen etwa 70 Ω; Hochgeschwindigkeits-TTL-Geräte können in der Regel etwa 80 Ω bis 100 Ωerreichen. Da der Impedanzwert normalerweise einen großen Einfluss auf Rauschtoleranz und Signalschaltung hat, ist es notwendig, bei der Wahl der Impedanz sehr vorsichtig zu sein; Das Produkthandbuch sollte hierzu Hinweise geben. Die ersten Ergebnisse des Vor-Ort-Lösungstools können auf zwei Arten von Problemen stoßen. Das erste ist das Problem der eingeschränkten Sicht. Das Feldlösungstool analysiert nur den Einfluss von nahe gelegenen Leiterbahnen und berücksichtigt nicht parallele Leiterbahnen auf anderen Schichten, die die Impedanz beeinflussen. Das Lösungstool vor Ort kann die Details vor der Verdrahtung, d.h. bei der Zuweisung der Leiterbahnbreite, nicht kennen, aber die oben genannte Paaranordnungsmethode kann dieses Problem minimieren. Erwähnenswert ist der Einfluss von Teilleistungsebenen. Die äußere Leiterplatte ist nach der Verdrahtung oft mit geerdeten Kupferdrähten überfüllt, was vorteilhaft ist, EMI und Balancing zu unterdrücken.