Leiterplattentechnisch - Zuverlässigkeit Design von High-Speed DSP System PCB

Mehrere Probleme, die beim Zuverlässigkeitsdesign von Leiterplatten in Hochgeschwindigkeits-DSP-Systemen beachtet werden sollten.

1, Netzteildesign

Das erste, was in der PCB-Design Das High-Speed DSP System ist das Design der Stromversorgung. In der Stromversorgungsentwicklung, Die folgenden Methoden werden normalerweise verwendet, um Signalintegritätsprobleme zu lösen.

2, betrachten Sie die Entkopplung von Strom und Boden

Mit der Erhöhung der DSP-Betriebsfrequenz neigen DSP und andere IC-Komponenten dazu, miniaturisiert und dicht verpackt zu werden. In der Regel werden mehrschichtige Platinen beim Schaltungsdesign berücksichtigt. Es wird empfohlen, dass sowohl Strom als auch Masse eine dedizierte Schicht und für mehrere Stromquellen verwenden können. Beispielsweise unterscheidet sich die DSP-I/O-Netzspannung von der Kernnetzversorgungsspannung, und zwei verschiedene Versorgungsschichten können verwendet werden. Wenn die Verarbeitungskosten einer mehrschichtigen Platine berücksichtigt werden, kann eine dedizierte Schicht für mehr Verdrahtung oder relativ kritische Netzteile verwendet werden. Die Stromversorgung kann genauso wie die Signalleitung geführt werden, aber die Breite der Leitung muss ausreichend sein.

Unabhängig davon, ob die Leiterplatte eine dedizierte Masseschicht und Leistungsschicht hat, muss ein bestimmter und vernünftig verteilter Kondensator 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.

3. Verdrahtungsregeln unter Berücksichtigung der Energieverteilung

getrennte analoge und digitale Leistungsschichten

Hochgeschwindigkeits- und hochpräzise analoge Komponenten reagieren sehr 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.

Empfindliche 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 Taktlinienbreite sollte mindestens 10 Mils betragen und die Begleiterdrahtbreite sollte mindestens 20 Mils betragen. Das Loch ist in gutem Kontakt mit dem Boden, und jede 5cm wird gestanzt, um sich mit dem Boden zu verbinden; Die Sendeseite muss in Reihe mit einem Dämpfungswiderstand von 22Ω～220Ωangeschlossen werden. Die Störungen, die durch das Signalrauschen dieser Leitungen verursacht werden, können vermieden werden.

Anti-Jamming-Design für Software und Hardware

Allgemein, Hochgeschwindigkeits-DSP-Anwendung System PCB Boards werden von Benutzern entsprechend den spezifischen Anforderungen des Systems entworfen. Aufgrund begrenzter Konstruktionsmöglichkeiten und Laborbedingungen, wenn keine einwandfreien und zuverlässigen Interferenzmaßnahmen getroffen werden, wenn die Arbeitsumgebung nicht ideal ist, Es gibt elektromagnetische Störungen, die dazu führen, dass der DSP-Programmfluss gestört wird. Wenn der normale Funktionscode des DSP nicht wiederhergestellt werden kann, das Programm läuft ab oder stürzt ab, und einige Komponenten können sogar beschädigt werden. Es sollte darauf geachtet werden, entsprechende Interferenzmaßnahmen zu treffen..

Hardware Anti-Jamming Design

Die Hardware Anti-Jamming Effizienz ist hoch. Wenn Systemkomplexität, Kosten und Volumen erträglich sind, wird das Hardware-Anti-Jamming-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 abschwächen. Zum Beispiel kann die Störung von "Grat" unterdrückt werden.

(2) Angemessene Erdung: Angemessener Entwurf des Erdungssystems, für Hochgeschwindigkeits-digitale und analoge Schaltungssysteme ist es sehr wichtig, eine niederohmige, großflächige Erdungsschicht zu haben. Die Bodenschicht kann nicht nur einen niederohmigen Rückweg für hochfrequente Ströme bereitstellen, sondern auch EMI und RFI verkleinern und hat auch eine abschirmende Wirkung auf externe Störungen. Trennen Sie die analoge Masse von der digitalen Masse während des PCB-Designs.

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

(4) Photoelektrische Isolation: Photoelektrische Isolatoren können gegenseitige Interferenzen zwischen verschiedenen Leiterplatten effektiv vermeiden. Hochgeschwindigkeits-photoelektrische Isolatoren werden häufig in der Schnittstelle von DSP und anderen Geräten (wie Sensoren, Schalter, etc.) verwendet.

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 den Einfluss 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 gestört ist und 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.

4, Auslegung der elektromagnetischen 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:

5. Wählen Sie eine angemessene Drahtbreite

Der Einfluss des transienten Stroms auf die gedruckten Leitungen wird hauptsächlich durch die Induktivität der gedruckten Drähte verursacht, und seine 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; Bei integrierten Schaltungen wird die Leiterbreite zwischen 0,2mm bis 1,0mm gewählt.

Mit einer Tic-Tac-Toe-Netzwerkverdrahtungsstruktur.

Die spezifische Methode besteht darin, die horizontale Verdrahtung auf der ersten Schicht des Leiterplatte, und die vertikale Verdrahtung auf der nächsten Schicht.