Leiterplattentechnisch - Wie man die Qualität des DSP PCB Designs garantiert

Mit zunehmender Chipintegration, die Anzahl der Chippins steigt, und die Verpackung der Geräte ändert sich ständig, von DIP zu OSOP, von SOP zu PQFP, und von PQFP zu BGA. Geräte der Serie TMS320C6000 nehmen BGA-Paket an. In Bezug auf die Schaltungsanwendung, BGA-Paket hat die Eigenschaften einer hohen Erfolgsrate, geringe Reparaturrate, und hohe Zuverlässigkeit. Es wird immer häufiger verwendet. Allerdings, weil BGA-Paket zum Ball Grid Array Chippaket gehört, es befindet sich in Entwicklung. Die physische Realisierung des Systems, das ist, Das Board-Level Design beinhaltet viele High-Speed digitale Schaltungstechniken.

In Hochgeschwindigkeitssystemen, Die Erzeugung von Störgeräuschen ist der erste Einflussfaktor. Hochfrequenz-Leiterplatte Stromkreise erzeugen auch Strahlung und Kollisionen, während schnellere Kantenraten Klingeln erzeugen, Reflexion und Übersprechen. Wenn Sie die Besonderheit von Hochgeschwindigkeitssignallayout und -routing nicht berücksichtigen, die entworfene Platine funktioniert nicht richtig. Daher, Der Erfolg des Leiterplattendesigns ist ein sehr kritisches Glied im Schaltungsdesignprozess von DSPs.

Daher ist die Designqualität der Leiterplatte sehr wichtig. Nur so lässt sich das optimale Designkonzept in die Realität umsetzen. Im Folgenden werden einige Probleme diskutiert, die beim Zuverlässigkeitsdesign von Leiterplatten in Hochgeschwindigkeits-DSP-Systemen beachtet werden sollten.

1. Entwurf der Stromversorgung

Das erste, was beim Leiterplattendesign eines Hochgeschwindigkeits-DSP-Systems berücksichtigt werden muss, ist das Netzteildesign. Im Stromversorgungsentwurf werden die folgenden Methoden normalerweise verwendet, um Signalintegritätsprobleme zu lösen.

1. Betrachten Sie die Entkopplung von Strom und Boden

Unabhängig davon, ob die Leiterplatte eine dedizierte Masseschicht und Leistungsschicht hat, muss eine bestimmte und vernünftig verteilte Kapazität zwischen der Stromversorgung und der Masse hinzugefügt werden. Um Platz zu sparen und die Anzahl der Durchgangslöcher zu reduzieren, wird empfohlen, mehr Chipkondensatoren zu verwenden. Der Chipkondensator kann auf der Rückseite der Leiterplatte, also der Lötfläche, platziert werden. Der Chipkondensator wird mit einem breiten Draht an das Durchgangsloch angeschlossen und durch das Durchgangsloch mit der Stromversorgung und der Masse verbunden.

2. Betrachten Sie die Verdrahtungsregeln für die Stromverteilung

Separate analoge und digitale Leistungsebenen

Hochgeschwindigkeits- und hochpräzise analoge Komponenten reagieren empfindlich auf digitale Signale. Zum Beispiel verstärkt der Verstärker das Schaltrauschen, um es nahe am Pulssignal zu machen, so dass die analogen und digitalen Teile der Platine, die Leistungsschicht im Allgemeinen getrennt werden muss.

3. Sensible Signale isolieren

Einige empfindliche Signale (z. B. Hochfrequenz-Uhren) sind besonders empfindlich gegenüber Störgeräuschen, und es müssen hohe Isolationsmaßnahmen ergriffen werden. Die Hochfrequenz-Uhr (eine Uhr über 20MHz oder eine Uhr mit einer Flip-Zeit von weniger als 5ns) muss eine Massedraht-Eskorte haben, die Taktleitungsbreite sollte mindestens 10mil und die Begleiterdrahtbreite sollte mindestens 20mil sein. Das Loch ist in gutem Kontakt mit dem Boden, und jede 5cm wird gestanzt, um sich mit dem Boden zu verbinden; Ein 22Ω-220Ω Dämpfungswiderstand muss in Reihe auf der Taktsendeseite angeschlossen werden. Die Störungen, die durch das Signalrauschen dieser Leitungen verursacht werden, können vermieden werden.

2. Software und Hardware Anti-jamming Design

Im Allgemeinen werden Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystem-Leiterplatten von Benutzern entsprechend den spezifischen Anforderungen des Systems entworfen. Aufgrund begrenzter Konstruktionsfähigkeiten und Laborbedingungen, wenn perfekte und zuverlässige Anti-Interferenzmaßnahmen nicht ergriffen werden, sobald die Arbeitsumgebung nicht ideal ist, gibt es elektromagnetische Interferenzen, die dazu führen, dass der DSP-Programmfluss gestört wird. Wenn der normale Funktionscode des DSP nicht wiederhergestellt werden kann, läuft das Programm ab oder stürzt ab und einige Komponenten können sogar beschädigt werden. Es sollte darauf geachtet werden, entsprechende Interferenzmaßnahmen zu treffen.

1. Interferenzsicherung der Hardware

Die Anti-Interferenz-Effizienz der Hardware ist hoch. Wenn Systemkomplexität, Kosten und Volumen erträglich sind, wird das Hardware-Anti-Interferenz-Design bevorzugt. Häufig verwendete Hardware-Anti-Jamming-Technologien können in die folgenden Kategorien zusammengefasst werden:

(1) Hardwarefilterung: RC-Filter kann alle Arten hochfrequenter Störsignale stark schwächen. Zum Beispiel kann die Störung von "Grat" unterdrückt werden.

(2) Reasonable grounding: Reasonable design of grounding system, für digitale und analoge Hochgeschwindigkeitssysteme, Es ist sehr wichtig, eine niedrige Impedanz zu haben, großflächige Erdungsschicht. Die Bodenschicht kann nicht nur einen niederohmigen Rückweg für hochfrequente Ströme bieten, aber auch EMI und RFI kleiner machen, und es hat auch eine abschirmende Wirkung auf externe Störungen. Trennen Sie die analoge Masse von der digitalen Masse während PCB-Design.

(3) Abschirmungsmaßnahmen: elektrische Funken, die durch Wechselstrom, Hochfrequenzleistung, starke Stromausrüstung und Bögen erzeugt werden, erzeugen elektromagnetische Wellen und werden zu einer Geräuschquelle elektromagnetischer Störungen. Die oben genannten Geräte können von einer Metallschale umgeben und geerdet werden. Die Störung, die durch elektromagnetische Induktion verursacht wird, ist sehr effektiv.

(4) Photoelektrische Isolierung: Photoelektrischer Isolator kann gegenseitige Interferenzen zwischen verschiedenen Leiterplatten effektiv vermeiden. Hochgeschwindigkeits-photoelektrischer Isolator wird häufig in der Schnittstelle von DSP und anderen Geräten (wie Sensoren, Schalter, etc.) verwendet.

2. Software-Anti-Jamming-Design

Software-Anti-Jamming hat den Vorteil, dass Hardware-Anti-Jamming nicht ersetzen kann. Im DSP-Anwendungssystem sollte die Anti-Jamming-Fähigkeit der Software auch vollständig abgegriffen werden, um die Auswirkungen von Interferenzen zu minimieren. Mehrere effektive Software Anti-Jamming Methoden sind unten angegeben.

(1) Digitalfilterung: Das Rauschen des analogen Eingangssignals kann durch digitale Filterung beseitigt werden. Häufig verwendete digitale Filtertechniken umfassen: Medianfilterung, arithmetische mittlere Filterung und so weiter.

(2) Trap setzen: Legen Sie einen Abschnitt des Boot-Programms im nicht verwendeten Programmbereich fest. Wenn das Programm aufgrund von Interferenzen in diesen Bereich springt, führt das Boot-Programm das aufgenommene Programm zwangsweise an die angegebene Adresse und verwendet ein spezielles Programm, um das Fehlerprogramm dort zu korrigieren. Zu verarbeiten.

(3) Instruktionsredundanz: Fügen Sie zwei oder drei Bytes der No-Operation-Anweisung NOP nach der Double-Byte-Anweisung und der Drei-Byte-Anweisung ein, die verhindern kann, dass das Programm automatisch in die richtige Spur gebracht wird, wenn das DSP-System durch das laufende Programm gestört wird.

(4) Watchdog-Timing einstellen: Wenn ein außer Kontrolle geratenes Programm in eine Endlosschleife eintritt, wird normalerweise die Watchdog-Technologie verwendet, um das Programm aus der Endlosschleife zu machen. Das Prinzip besteht darin, einen Timer zu verwenden, der einen Impuls entsprechend der eingestellten Periode erzeugt. Wenn Sie diesen Impuls nicht erzeugen möchten, sollte der DSP den Timer innerhalb einer Zeit weniger als der eingestellte Zeitraum löschen; Der Timer wird wie erforderlich gelöscht, und der vom Timer erzeugte Impuls wird als DSP-Reset-Signal verwendet, um den DSP zurückzusetzen und erneut zu initialisieren.

Drei, elektromagnetische Verträglichkeit

Elektromagnetische Verträglichkeit bezieht sich auf die Fähigkeit elektronischer Geräte, normal in einer komplexen elektromagnetischen Umgebung zu arbeiten. Der Zweck des elektromagnetischen Kompatibilitätsdesigns ist es, elektronische Geräte zu ermöglichen, alle Arten von externen Störungen zu unterdrücken, aber auch, die elektromagnetischen Störungen elektronischer Geräte auf andere elektronische Geräte zu reduzieren. In der eigentlichen Leiterplatte gibt es mehr oder weniger elektromagnetische Störphänomene, das heißt Übersprechen zwischen benachbarten Signalen. Die Größe des Übersprechens hängt von der verteilten Kapazität und der verteilten Induktivität zwischen den Schleifen ab. Folgende Maßnahmen können ergriffen werden, um diese gegenseitige elektromagnetische Störung zwischen Signalen zu lösen:

1. Wählen Sie eine angemessene Drahtbreite

Die Schlagstörung, die durch den transienten Strom auf den gedruckten Leitungen erzeugt wird, wird hauptsächlich durch die Induktivität der gedruckten Drähte verursacht, und ihre Induktivität ist proportional zur Länge der gedruckten Drähte und umgekehrt proportional zur Breite. Daher ist die Verwendung von kurzen und breiten Drähten vorteilhaft, um Interferenzen zu unterdrücken. Die Signaldrähte von Taktleitungen und Bustreibern haben oft große transiente Ströme, und ihre gedruckten Drähte sollten so kurz wie möglich sein. Für diskrete Komponentenschaltungen beträgt die gedruckte Drahtbreite etwa 1.5mm, um die Anforderungen zu erfüllen; Für integrierte Schaltungen liegt die gedruckte Drahtbreite zwischen 0.2mm und 1.0mm.

2. Nehmen Sie die gitterförmige Verdrahtungsstruktur von tic-tac-toe an.

Die spezifische Methode besteht darin, horizontal auf der ersten Schicht der Leiterplatte und vertikal auf der nächsten Schicht zu verdrahten.

Viertens, Entwurf der Wärmeableitung

Um die Wärmeableitung zu erleichtern, ist die Leiterplatte am besten alleine zu installieren, und der Plattenabstand sollte größer als 2cm sein. Achten Sie gleichzeitig auf die Layoutregeln der Komponenten auf der Leiterplatte. In horizontaler Richtung sind die Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte angeordnet, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; In vertikaler Richtung sind die Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, wodurch ihre Auswirkungen auf die Temperatur anderer Komponenten reduziert werden. Bauteile, die temperaturempfindlicher sind, sollten so weit wie möglich in Bereichen mit relativ niedriger Temperatur platziert werden und sollten nicht direkt über Geräten platziert werden, die große Wärmemengen erzeugen.

In den verschiedenen Ausführungen von Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendungssystemen, Wie man ein perfektes Design von der Theorie in die Realität transformiert, hängt von hochwertige Leiterplatte Bretter. Wie man die Qualität des Signals verbessert, ist sehr wichtig. Daher, Ob die Leistung des Systems gut ist, ist untrennbar mit der Qualität der Leiterplatte des Designers verbunden.