Leiterplattentechnisch - Analyse des Layouts und der Verdrahtungsmethode des Mixed-Signal PCB Designs

Eine weitere Schwierigkeit in der modernen Mixed-Signal PCB Design ist, dass es immer mehr verschiedene digitale Logikgeräte gibt, wie GTL, LVTTL, LVCMOS- und LVDS-Logik. Die Logikschwelle und Spannungsschwankung jeder Logikschaltung sind unterschiedlich, Die Schaltung mit der Spannungsschwankung muss zusammen auf einer Leiterplatte konstruiert werden.. Hier, durch gründliche Analyse der hohen Dichte, Hochleistungs, Mischsignal-Leiterplatte Layout und Verdrahtung, Sie beherrschen erfolgreiche Strategien und Technologien.

Grundlagen der Verdrahtung von Mischsignalschaltungen

Wenn digitale und analoge Schaltungen die gleichen Komponenten auf derselben Platine teilen, müssen das Layout und die Verdrahtung der Schaltung methodisch sein.

Im Mixed-Signal-PCB-Design gibt es spezielle Anforderungen an die Stromversorgung Verdrahtung, und das analoge Rauschen und das digitale Schaltungsrausch müssen voneinander isoliert werden, um Rauschkopplung zu vermeiden. Infolgedessen steigt die Komplexität des Layouts und der Verkabelung. Die besonderen Anforderungen an Stromübertragungsleitungen und die Anforderung, Rauschkopplung zwischen analogen und digitalen Schaltungen zu isolieren, haben die Komplexität des Layouts und der Verdrahtung von Mixed-Signal-Leiterplatten weiter erhöht.

Wenn die Stromversorgung des analogen Verstärkers im A/D-Wandler und die digitale Stromversorgung des A/D-Wandlers miteinander verbunden sind, wird wahrscheinlich der gegenseitige Einfluss des analogen Teils und des digitalen Teils der Schaltung verursacht. Vielleicht muss aufgrund der Lage der Ein-/Ausgangsanschlüsse das Layout-Schema die Verkabelung von digitalen und analogen Schaltungen mischen.

Vor Layout und Routing müssen Ingenieure die grundlegenden Schwächen des Layouts und Routing-Schemas herausfinden. Selbst bei falschen Urteilen neigen die meisten Ingenieure dazu, Layout- und Verdrahtungsinformationen zu verwenden, um potenzielle elektrische Effekte zu identifizieren.

Im Folgenden wird die Technologie des Mixed-Signal PCB Layouts und Routings durch das Design der OC48 Schnittstellenkarte veranschaulicht. OC48 steht für Optical Carrier Standard 48, der sich grundsätzlich an der seriellen optischen Kommunikation 2.5Gb orientiert. Es ist einer der hochleistungsfähigen optischen Kommunikationsstandards in modernen Kommunikationsgeräten. Die OC48 Schnittstellenkarte enthält mehrere typische Mixed-Signal PCB Layout und Verdrahtungsprobleme. Der Layout- und Verdrahtungsprozess spezifiziert die Reihenfolge und Schritte, um das gemischte PCB-Layoutschema zu lösen.

Die OC48-Karte enthält einen optischen Transceiver, der die bidirektionale Umwandlung von optischen Signalen und analogen elektrischen Signalen realisiert. Analoger Signaleingang oder -ausgang digitaler Signalprozessor, DSP wandelt diese analogen Signale in digitale Logikpegel um, die mit Mikroprozessor, programmierbarem Gate-Array, DSP und Mikroprozessor-Systemschnittstellenschaltung auf OC48-Kartengerät verbunden werden können. Die unabhängige phasenverriegelte Schleife, Leistungsfilter und lokale Referenzspannungsquelle sind ebenfalls integriert.

Unter ihnen ist der Mikroprozessor ein Multi-Power-Gerät, die Hauptleistung ist 2V, und die 3.3V I/O-Signalleistung wird von anderen digitalen Geräten auf der Platine geteilt. Unabhängige digitale Taktquelle bietet Takt für OC48 I/O, Mikroprozessor und System I/O.

Nach Prüfung der Layout- und Verdrahtungsanforderungen verschiedener Funktionsbausteine wird zunächst eine 12-Lagen-Platine empfohlen. Die Konfiguration der Mikrostreifen- und Streifenschichten kann die Kopplung benachbarter Verdrahtungsschichten sicher reduzieren und die Impedanzsteuerung verbessern. Zwischen der ersten und zweiten Schicht wird eine Erdungsschicht gesetzt, um die Verkabelung empfindlicher analoger Referenzquellen, CPU-Kerne und PLL-Filternetzteile vom Mikroprozessor und DSP-Geräten auf der ersten Schicht zu isolieren. Die Leistungs- und Bodenebene erscheinen immer paarweise, genau wie auf der OC48-Karte für die geteilte 3,3V-Leistungsebene. Dadurch wird die Impedanz zwischen Netzteil und Masse reduziert, wodurch das Rauschen auf dem Leistungssignal reduziert wird.

Vermeiden Sie, digitale Taktleitungen und analoge Hochfrequenz-Signalleitungen in der Nähe der Leistungsebene zu laufen, sonst wird das Rauschen des Leistungssignals mit dem empfindlichen analogen Signal gekoppelt.

Berücksichtigen Sie entsprechend den Anforderungen der digitalen Signalverdrahtung sorgfältig die Verwendung von Energie- und analogen Masseebenen-Öffnungen (Split), insbesondere an den Ein- und Ausgangsenden von Mixed-Signal-Geräten. Das Passieren einer Öffnung in der benachbarten Signalschicht führt zu Impedanzkonstinuität und schlechten Übertragungsleitungsschleifen. Diese führen zu Signalqualität, Timing und EMI-Problemen.

Manchmal kann das Hinzufügen mehrerer Bodenschichten oder die Verwendung mehrerer äußerer Schichten für die lokale Stromschicht oder Bodenschicht unter einem Gerät die Öffnung beseitigen und die oben genannten Probleme vermeiden. Auf der OC48-Schnittstellenkarte werden mehrere Bodenschichten verwendet. Die Aufrechterhaltung der Stapelsymmetrie der Position der Öffnungsschicht und der Verdrahtungsschicht kann Kartenverformung vermeiden und den Herstellungsprozess vereinfachen. Da 1-Unze kupferplattierte Laminate sehr widerstandsfähig gegen große Ströme sind, sollten 1-Unze kupferplattierte Laminate für die 3,3V-Leistungsschicht und die entsprechende Bodenschicht verwendet werden, und 0,5-Unzen kupferplattierte Laminate können für andere Schichten verwendet werden. Dies kann transiente hohe Ströme oder Spitzen reduzieren, die durch Spannungsschwankungen verursacht werden.

Wenn Sie ein komplexes System von der Grundebene nach oben entwerfen, sollten Sie Karten mit einer Dicke von 0,093 Zoll und 0,100 Zoll verwenden, um die Verdrahtungsschicht und die Erdisolationsschicht zu unterstützen. Die Dicke der Karte muss auch entsprechend der Größe des Durchgangspads und der Verdrahtungseigenschaft des Lochs angepasst werden, so dass das Seitenverhältnis des Lochdurchmessers zur Dicke der fertigen Karte das Seitenverhältnis des metallisierten Lochs, das vom Hersteller bereitgestellt wird, nicht überschreitet.

Wenn Sie eine kostengünstige, High-Yield kommerzielles Produkt mit der geringsten Anzahl von Verdrahtungsschichten, Sie müssen sorgfältig die Verkabelungsdetails aller speziellen Netzteile auf der Mischsignal-Leiterplatte vor Layout oder Verdrahtung. Vor dem Start von Layout und Routing, Lassen Sie den Zielhersteller den vorläufigen Schichtplan überprüfen. Grundsätzlich, Die Schichtung sollte auf der Dicke des Endprodukts basieren, Anzahl der Schichten, das Gewicht von Kupfer, the impedance (with tolerance), und die Größe der Kleinsten über Pads und Löcher. Der Hersteller sollte eine schriftliche Schichtungsempfehlung vorlegen.

Der Vorschlag sollte alle Konfigurationsbeispiele für kontrollierte Impedanzstreifen und Mikrostreifen enthalten. Sie müssen Ihre Impedanzvorhersage mit der Impedanz des Herstellers kombinieren. Verwenden Sie dann diese Impedanzvorhersagen, um die Signalleitungseigenschaften im Simulationswerkzeug zu überprüfen, das zur Entwicklung von CAD-Routingregeln verwendet wird.

OC48 Kartenlayout

Das analoge Hochgeschwindigkeitssignal zwischen dem optischen Transceiver und dem DSP ist sehr empfindlich gegenüber externen Rauschen. Ebenso verursachen alle speziellen Stromversorgungs- und Referenzspannungsschaltungen auch eine große Kopplung zwischen den analogen und digitalen Stromübertragungsschaltungen der Karte. Manchmal muss, begrenzt durch die Form des Chassis, eine hochdichte Platte entworfen werden. Aufgrund der hohen Position der externen optischen Kabelzugangskarte und der relativ hohen Komponentengröße des optischen Transceivers ist die Position des Transceivers in der Karte weitgehend festgelegt. Die Position der System-I/O-Steckverbinder und die Signalverteilung sind ebenfalls fix. Dies ist die grundlegende Arbeit, die vor dem Layout abgeschlossen werden muss.

Wie die meisten erfolgreichen analogen High-Density-Layout- und Routingschemata muss das Layout die Routinganforderungen erfüllen, und die Layout- und Routinganforderungen müssen ausgewogen sein. Für den analogen Teil einer Mixed-Signal-Leiterplatte und einen lokalen CPU-Kern mit einer 2V-Betriebsspannung wird nicht empfohlen, das "Layout vor der Verdrahtung"-Verfahren zu verwenden. Für die OC48-Karte sollte der DSP-Analogschaltungsteil einschließlich der analogen Referenzspannung und des analogen Stromversorgungs-Bypass-Kondensators zuerst interaktiv verdrahtet werden. Nach Abschluss der Verdrahtung sollte der gesamte DSP mit analogen Komponenten und Verkabelung nah genug an den optischen Transceiver platziert werden, um die kürzeste Verdrahtungslänge, Biegung und Durchgänge vom analogen Hochgeschwindigkeits-Differenzsignal zum DSP vollständig sicherzustellen. Die Symmetrie des differentiellen Layouts und Routings reduziert die Auswirkungen von Gleichtaktrauschen. Es ist jedoch schwierig, den besten Plan für das Layout vor dem Routing vorherzusagen.

Wenden Sie sich an den Chipverteiler für Konstruktionsrichtlinien für Leiterplattenlayout. Vor der Gestaltung gemäß den Richtlinien, Es ist notwendig, vollständig mit dem Anwendungstechniker des Distributors zu kommunizieren. Viele Chipverteiler haben strenge Zeitbeschränkungen bei der Bereitstellung hochwertiger Layoutempfehlungen. Manchmal, Die Lösungen, die sie anbieten, sind für "First-Level-Kunden", die das Gerät verwenden, machbar. In der field of signal integrity (SI) design, Das Design der Signalintegrität neuer Geräte ist besonders wichtig. Entsprechend den grundlegenden Richtlinien des Distributors und kombiniert mit den spezifischen Anforderungen jedes Power- und Massepunkts im Paket, Sie können beginnen, die OC48-Karte mit integriertem DSP und Mikroprozessor auszulegen und zu routen.