Leiterplattentechnisch - Probleme beim Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeits-PCB-Design

Zur Zeit, Hochfrequenz und Hochgeschwindigkeit PCB-Design ist zum Mainstream geworden, und jeder Leiterplattenlayout Ingenieur sollte kompetent sein. Nächster, Banermei wird mit Ihnen einige der Design-Erfahrungen von Hardware-Experten in Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenschaltungen teilen, und ich hoffe, es wird für alle hilfreich sein.

Welche Probleme können beim Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeits-PCB-Design auftreten?

1. Wie kann man Hochfrequenzstörungen vermeiden?

Die Grundidee der Vermeidung von Hochfrequenzstörungen besteht darin, die elektromagnetischen Feldstörungen von Hochfrequenzsignalen zu minimieren, das sogenannte Übersprechen (Übersprechen). Sie können den Abstand zwischen dem Hochgeschwindigkeitssignal und dem Analogsignal vergrößern oder Masseschutz-/Shunt-Spuren neben dem Analogsignal hinzufügen. Achten Sie auch auf die Störstörungen von der digitalen Masse zur analogen Masse.

2. Wie man Impedanzanpassung bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits- PCB-Design Schaltpläne?

Beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenschaltungen ist die Impedanzanpassung eines der Designelemente. Der Impedanzwert hat eine absolute Beziehung zum Verdrahtungsverfahren, wie Gehen auf der Oberflächenschicht (Microstrip) oder Innenschicht (Stripline/Doppelstreifen), Abstand von der Referenzschicht (Leistungsschicht oder Masseschicht), Verdrahtungsbreite, Leiterplattenmaterial usw. Beide beeinflussen den charakteristischen Impedanzwert der Spur. Das heißt, der Impedanzwert kann erst nach Verdrahtung bestimmt werden. Generell kann Simulationssoftware einige Verdrahtungsbedingungen mit diskontinuierlicher Impedanz aufgrund der Begrenzung des Schaltungsmodells oder des verwendeten mathematischen Algorithmus nicht berücksichtigen. Zu diesem Zeitpunkt können nur einige Terminatoren (Termination), wie Reihenwiderstand, auf dem Schaltplan reserviert werden. Verringern Sie den Effekt der Unterbrechung der Spurimpedanz. Die wirkliche Lösung des Problems besteht darin, Impedanzunterbrechungen bei der Verdrahtung zu vermeiden.

3. Welche Aspekte sollte der Designer im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design EMV- und EMI-Regeln berücksichtigen?

Generell muss das EMI/EMV-Design sowohl abgestrahlte als auch leitungsgeleitete Aspekte gleichzeitig berücksichtigen. Ersteres gehört zum höherfrequenten Teil (<30MHz) und letzteres ist der niederfrequente Teil (<30MHz). Man kann also nicht einfach auf die Hochfrequenz achten und den Tieffrequenzteil ignorieren. Ein gutes EMI/EMV-Design muss den Standort des Geräts, die Leiterplattenstackanordnung, wichtige Verbindungsmethode, Geräteauswahl usw. zu Beginn des Layouts berücksichtigen. Wenn es vorher keine bessere Absprache gibt, wird es danach gelöst. Es wird das doppelte Ergebnis mit halbem Aufwand erzielen und die Kosten erhöhen. Beispielsweise sollte sich der Standort des Taktgenerators nicht in der Nähe des externen Anschlusses befinden. Hochgeschwindigkeitssignale sollten so weit wie möglich in die innere Schicht gehen. Achten Sie auf die charakteristische Impedanzanpassung und die Kontinuität der Referenzschicht, um Reflexionen zu reduzieren. Die Schwenkrate des vom Gerät gedrückten Signals sollte so klein wie möglich sein, um die Höhe zu reduzieren. Achten Sie bei der Auswahl eines Entkopplungs-/Bypass-Kondensators darauf, ob sein Frequenzgang die Anforderungen zur Geräuschreduzierung auf der Leistungsebene erfüllt. Achten Sie außerdem auf den Rückweg des Hochfrequenzsignalstroms, um den Schleifenbereich so klein wie möglich zu machen (d. h. Schleifenimpedanz so klein wie möglich), um Strahlung zu reduzieren. Sie können auch die Erde teilen, um den Bereich des Hochfrequenzrauschens zu steuern. Wählen Sie schließlich richtig die Gehäusemasse zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse.

4. Wie wählt man Leiterplatte?

Die Wahl der Leiterplatte muss ein Gleichgewicht zwischen der Erfüllung der Designanforderungen und der Massenproduktion und den Kosten finden. Die Konstruktionsanforderungen umfassen sowohl elektrische als auch mechanische Teile. Normalerweise ist dieses Materialproblem wichtiger, wenn sehr schnelle Leiterplatten entworfen werden (Frequenz größer als GHz). 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.

5. Wie kann man EMV-Anforderungen so weit wie möglich erfüllen, ohne zu viel Kostendruck zu verursachen?

Die erhöhten Kosten für Leiterplatten aufgrund von EMV sind in der Regel auf die Zunahme der Anzahl der Masseschichten zurückzuführen, um den Abschirmungseffekt und die Zugabe von Ferritperlen, Drosseln und anderen hochfrequenten harmonischen Unterdrückungsgeräten zu verbessern. Darüber hinaus ist es in der Regel notwendig, die Abschirmstruktur an anderen Einrichtungen anzupassen, damit das gesamte System die EMV-Anforderungen erfüllt. Im Folgenden finden Sie nur einige wenige Leiterplattendesigntechniken, um den von der Schaltung erzeugten elektromagnetischen Strahlungseffekt zu reduzieren.

Versuchen Sie, Geräte mit langsamerer Signalschwenkrate zu wählen, um die durch das Signal erzeugten Hochfrequenzkomponenten zu reduzieren.

Achten Sie auf die Platzierung von Hochfrequenzkomponenten, nicht zu nah am externen Stecker.

Achten Sie auf die Impedanzanpassung von Hochgeschwindigkeitssignalen, der Verdrahtungsschicht und ihrem Rückstrompfad, um Hochfrequenzreflexion und Strahlung zu reduzieren.

Platzieren Sie ausreichende und geeignete Entkopplungskondensatoren auf den Stromversorgungsstiften jedes Geräts, um das Rauschen auf der Leistungsebene und der Erdungsebene zu verringern. Achten Sie besonders darauf, ob der Frequenzgang und die Temperatureigenschaften des Kondensators den Konstruktionsanforderungen entsprechen.

Die Masse in der Nähe des externen Steckers kann ordnungsgemäß von der Masse getrennt werden, und die Masse des Steckers kann mit der Chassis-Masse in der Nähe verbunden werden.

Neben einigen speziellen Hochgeschwindigkeitssignalen können Bodenschutz-/Shunt-Spuren entsprechend verwendet werden. Achten Sie aber auf den Einfluss von Wach-/Shunt-Leiterbahnen auf die charakteristische Impedanz der Leiterbahn.

Die Leistungsschicht schrumpft 20H von der Bodenschicht, und H ist der Abstand zwischen der Leistungsschicht und der Bodenschicht.

6. Welche Aspekte sollten beim Entwurf, Routing und Layout von Hochfrequenz-Leiterplatten über 2G beachtet werden?

Hochfrequenz-Leiterplatten Oben 2G gehören zum Design von Hochfrequenzschaltungen und fallen nicht in den Diskussionsbereich des Designs von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Das Layout und die Routing der Hochfrequenzschaltung sollten zusammen mit dem Schaltplan berücksichtigt werden., weil das Layout und das Routing Verteilungseffekte verursachen. Darüber hinaus, Einige passive Bauelemente in der Auslegung von Hochfrequenzschaltungen werden durch parametrisierte Definitionen und spezielle Kupferfolien realisiert. Daher, EDA-Werkzeuge werden benötigt, um parametrisierte Geräte bereitzustellen und spezielle Kupferfolien zu bearbeiten. Mentors Boardstation verfügt über ein spezielles HF-Designmodul, das diese Anforderungen erfüllen kann. Darüber hinaus, Allgemeines HF-Design erfordert spezielle HF-Schaltungsanalysewerkzeuge. Der berühmteste in der Branche ist agilent's eesoft, die eine gute Schnittstelle zu Mentors Tools hat.

7. Wird das Hinzufügen von Testpunkten die Qualität von Hochgeschwindigkeitssignalen beeinflussen?

Ob sich dies auf die Signalqualität auswirkt, hängt von der Methode des Addierens von Testpunkten ab und wie schnell das Signal ist. Grundsätzlich können zusätzliche Testpunkte (verwenden Sie nicht den vorhandenen Via- oder DIP-Pin als Testpunkte) der Leitung hinzugefügt oder eine kurze Linie von der Leitung gezogen werden. Ersteres entspricht dem Hinzufügen eines kleinen Kondensators auf der Leitung, letzteres ist ein zusätzlicher Zweig. Beide Bedingungen beeinflussen das Hochgeschwindigkeitssignal mehr oder weniger, und das Ausmaß des Effekts hängt mit der Frequenzgeschwindigkeit des Signals und der Kantenrate des Signals zusammen. Das Ausmaß der Auswirkung kann durch Simulation bekannt werden. Grundsätzlich gilt: Je kleiner der Prüfpunkt, desto besser (natürlich muss er die Anforderungen des Prüfwerkzeugs erfüllen), je kürzer der Zweig, desto besser.