Diseño electrónico - Guía de diseño de placas de circuito de señal híbrida de PCB

Para el diseño moderno de placas de circuito, el concepto de PCB de señal mixta es relativamente inútil, porque incluso en dispositivos puramente "digitales", todavía hay circuitos analógicos y efectos analógicos. Por lo tanto, en las primeras etapas del diseño, para lograr una asignación de tiempo estricta de manera confiable, es necesario simular los efectos de simulación.

Otra dificultad en el diseño moderno de PCB de señal mixta es que hay cada vez más dispositivos lógicos digitales diferentes, como gtl, lvttl, lvcmos y LVDS logic. Los umbrales lógicos y las oscilaciones de voltaje de cada circuito lógico son diferentes, pero estos diferentes umbrales lógicos tienen circuitos con oscilaciones de voltaje que deben diseñarse juntos en el pcb. Aquí, al analizar en profundidad el diseño y el diseño de cableado de PCB de alta densidad, alto rendimiento y señal mixta, se pueden dominar estrategias y tecnologías exitosas.

Fundamentos del cableado de circuitos de señal híbridos

Cuando los circuitos digitales y analógicos comparten los mismos componentes en la misma placa, la disposición y el cableado de los circuitos deben ser ordenados. La matriz mostrada en la figura 1 ayuda al diseño y planificación de los PCB de señal mixta. Solo revelando las características de los circuitos digitales y analógicos se pueden lograr los objetivos de diseño de PCB necesarios en el diseño real y el cableado.

En el diseño de PCB de señal mixta, hay requisitos especiales para el cableado de energía, que requieren que el ruido analógico y el ruido del circuito digital estén aislados entre sí para evitar el acoplamiento de ruido. Por lo tanto, la complejidad del diseño y el cableado aumenta. Los requisitos especiales para las líneas de transmisión y los requisitos para aislar el acoplamiento acústico entre circuitos analógicos y digitales aumentan aún más la complejidad del diseño y cableado de los PCB de señal mixta.

Diseño y cableado de PCB de señal mixta moderna

A continuación se explicará el diseño y la tecnología de cableado de los PCB de señal mixta a través del diseño de la tarjeta de interfaz oc48. El oc48 representa el estándar de portador óptico 48, que básicamente se comunica a la luz serie 2.5gb. Es uno de los estándares de comunicación óptica de alta capacidad en los equipos de comunicación modernos. La tarjeta de interfaz oc48 contiene varios problemas típicos de diseño y cableado de PCB de señal mixta. El proceso de diseño y cableado especificará el orden y los pasos para resolver el esquema de diseño de PCB de señal mixta.

La tarjeta oc48 contiene un transceptor óptico para realizar la conversión bidireccional de señales ópticas y señales eléctricas analógicas. Los procesadores de señal digital de entrada o salida de señales analógicas, que el DSP convierte en niveles lógicos digitales, se pueden conectar con los circuitos de interfaz del procesador, la matriz de puertas programables, el DSP y el sistema de microprocesadores en la tarjeta oc48. También se integran un bucle de bloqueo de fase independiente, un filtro de potencia y una fuente de voltaje de referencia local.

Entre ellos, el procesador es un dispositivo de alimentación múltiple, la fuente de alimentación principal es 2v, y la fuente de alimentación de señal de E / s de 3.3v es compartida por otros dispositivos digitales en el tablero. Fuentes independientes de reloj de tiempo digital proporcionan relojes para oc48 I / o, microprocesadores e I / o del sistema.

Diseño de la tarjeta oc48

La señal analógica de alta velocidad entre el transceptor óptico y el DSP es muy sensible al ruido externo. Del mismo modo, todos los circuitos especiales de alimentación y tensión de referencia provocan un gran acoplamiento entre los circuitos de transmisión de potencia analógicos y digitales de la tarjeta. A veces, debido a la forma del gabinete, se debe diseñar una placa de alta densidad. Debido a la ubicación más alta de la tarjeta de acceso al cable óptico externo y el tamaño relativamente alto del componente del transceptor óptico, la ubicación del transceptor en la tarjeta es en gran medida fija. La ubicación y la distribución de la señal de los conectores I / o del sistema también son fijas. Este es el trabajo básico que debe completarse antes del diseño.

Al igual que la mayoría de los esquemas de diseño y cableado analógicos de alta densidad exitosos, el diseño debe cumplir con los requisitos de cableado y los requisitos de diseño y cableado deben equilibrarse. Para la parte analógica del PCB de señal mixta y el núcleo de la CPU local con una tensión de funcionamiento de 2v, no se recomienda el método de "diseño previo al cableado". Para la tarjeta oc48, primero se debe conectar interactivamente la parte del circuito analógico dsp, que incluye el voltaje de referencia analógico y el condensadores de derivación de fuente de alimentación analógica. Una vez finalizado el cableado, todo el DSP con componentes analógicos y cableado debe colocarse lo suficientemente cerca del transceptor óptico como para garantizar adecuadamente la longitud mínima de cableado, flexión y agujero desde la señal diferencial analógica de alta velocidad hasta el dsp. La simetría del diseño diferencial y el cableado reducirá el impacto del ruido de modo común. Sin embargo, es difícil predecir la mejor solución para el diseño antes de cableado.

Para la Guía de diseño del diseño de pcb, consulte al distribuidor de chips. Antes de diseñar de acuerdo con la guía, es necesario comunicarse plenamente con los ingenieros de aplicación del distribuidor. Muchos distribuidores de chips tienen estrictos límites de tiempo para proporcionar sugerencias de diseño de alta calidad. A veces, las soluciones que ofrecen son viables para los "clientes de primer nivel" que usan el dispositivo. En el campo del diseño de integridad de señal (si), el diseño de integridad de señal de nuevos dispositivos es particularmente importante. De acuerdo con las guías básicas del distribuidor y combinando los requisitos específicos de cada fuente de alimentación y pin de tierra en el paquete, puede comenzar a diseñar y cableado tarjetas oc48 con DSP y microprocesadores integrados.

Después de determinar la ubicación y el cableado de la parte analógica de alta frecuencia, los circuitos digitales restantes se pueden colocar de acuerdo con el método de agrupación mostrado en el diagrama de bloques. Preste atención al diseño cuidadoso de los siguientes circuitos: la posición del Circuito de filtro de potencia pll en la CPU con alta sensibilidad a la señal analógica; Regulador de voltaje del núcleo de la CPU local; Circuito de voltaje de referencia del procesador "digital".

En este momento, las guías eléctricas y de fabricación para el cableado digital pueden aplicarse adecuadamente al diseño. El diseño de integridad de la señal del mencionado bus digital de alta velocidad y la señal del reloj revela algunos requisitos topológicos especiales de cableado para la coincidencia de retraso entre el bus del procesador, el TS de equilibrio y el cableado de algunas señales del reloj. Pero es posible que no sepas que algunas personas también han hecho una propuesta de actualización para aumentar el número de resistencias de terminación.

En el proceso de resolver el problema, es natural hacer algunos ajustes en la etapa de diseño. Sin embargo, antes de comenzar el cableado, un paso muy importante es verificar la cronología de los componentes digitales de acuerdo con el plan de diseño. En este momento, una revisión completa del diseño DFM / DFT de la tarjeta ayudará a garantizar que la tarjeta satisfaga las necesidades del cliente.

Cableado digital de la tarjeta oc48

Para el cable de alimentación del dispositivo digital y la parte digital del DSP de señal mixta, el cableado digital debe comenzar en el modo de escape smd. Utilice las líneas de impresión más cortas y anchas permitidas por el proceso de montaje. Para los dispositivos de alta frecuencia, las líneas impresas de la fuente de alimentación equivalen a pequeños inductores, lo que agravará el ruido de la fuente de alimentación y provocará un acoplamiento no deseado entre circuitos analógicos y digitales. Cuanto más larga sea la trayectoria de potencia, mayor será la inducción.

El uso de condensadores de derivación digital permite obtener el mejor diseño y esquema de cableado. En resumen, ajustar la posición del condensadores de derivación según sea necesario para que sea fácil de instalar y distribuir alrededor de los componentes digitales y los componentes de señal mixta. El mismo método de "trayectoria más corta y ancha" se utiliza para cableado de condensadores de derivación.

Resumen

Después de la finalización del tablero de diseño de la tarjeta oc48, es necesario verificar la integridad de la señal y la simulación de tiempo. La simulación muestra que la Guía de cableado cumple con los requisitos esperados, lo que mejora los indicadores de tiempo del segundo nivel de bus. Finalmente, se realiza la inspección de las reglas de diseño, la revisión final de fabricación, la fotomáscara y la revisión, y se otorga al fabricante de la fábrica de placas de circuito impreso, y luego se completa oficialmente la tarea de diseño de la placa.