Diseño electrónico - Diseño de placas de circuito de PCB de alta velocidad basado en protel

PCB en línea:

Se discuten algunos principios relacionados con el diseño y el cableado que deben tenerse en cuenta en el proceso de diseño de PCB de circuitos de alta velocidad utilizando el software de diseño protel, y se proporcionan algunas tecnologías prácticas y efectivas de diseño y cableado de circuitos de alta velocidad para mejorar la fiabilidad y eficacia del diseño de placas de circuito de Alta velocidad. Los resultados muestran que el diseño acorta el ciclo de desarrollo del producto y mejora la competitividad del mercado.

1 Cuestiones planteadas

Con el aumento a gran escala de la complejidad e integración del diseño de sistemas electrónicos, la velocidad del reloj y el tiempo de subida de los dispositivos son cada vez más rápidos, y el diseño de circuitos de alta velocidad se ha convertido en una parte importante del proceso de diseño. En el diseño de circuitos de alta velocidad, la inducción y la capacidad en la placa de circuito hacen que el cable sea equivalente a la línea de transmisión. El diseño incorrecto de los componentes terminales o el cableado incorrecto de las señales de alta velocidad pueden causar problemas de efecto de línea de transmisión, lo que resulta en que el sistema emite datos incorrectos, el circuito no funciona correctamente o incluso no funciona en absoluto. Sobre la base del modelo de línea de transmisión, en resumen, la línea de transmisión traerá efectos adversos en el diseño del circuito, como reflexión de señal, conversación cruzada, interferencia electromagnética, fuente de alimentación y ruido terrestre.

Para diseñar una placa de circuito PCB de alta velocidad que pueda funcionar de manera confiable, es necesario considerarla completamente y cuidadosamente en el diseño, resolver algunos problemas poco confiables que pueden aparecer en el proceso de diseño, acortar el ciclo de desarrollo del producto y mejorar la competitividad del mercado.

2 diseño del sistema de alta frecuencia

En el diseño de PCB del circuito, el diseño es un eslabón importante, y el resultado del diseño afectará directamente el efecto del cableado y la fiabilidad del sistema, que es el eslabón más largo y difícil en todo el diseño de la placa de circuito impreso. El complejo entorno de los PCB de alta frecuencia dificulta el diseño del diseño del sistema de alta frecuencia utilizando los conocimientos teóricos aprendidos. Requiere que el personal de diseño tenga una rica experiencia en la fabricación de PCB de alta velocidad para evitar desvíos en el proceso de diseño. Mejorar la fiabilidad y eficacia del trabajo del circuito. en el proceso de diseño, se debe considerar de manera integral la estructura mecánica, la disipación de calor, la interferencia electromagnética, la conveniencia y la estética del cableado futuro.

En primer lugar, antes del diseño, todo el circuito se divide en múltiples funciones. Los circuitos de alta frecuencia están separados de los circuitos de baja frecuencia, y los circuitos analógicos están separados de los circuitos digitales. Cada circuito funcional está lo más cerca posible del Centro del chip. Evitar el retraso de transmisión causado por la línea demasiado larga y mejorar el efecto de desacoplamiento del capacitor. Además, se debe prestar atención a la posición relativa y la dirección entre los pines y los componentes del circuito y otros tubos para reducir la interacción entre ellos. Todos los componentes de alta frecuencia deben mantenerse alejados del recinto y otras placas metálicas para reducir el acoplamiento parasitario.

En segundo lugar, en el proceso de diseño de pcb, se debe prestar atención a los efectos térmicos y electromagnéticos entre los componentes. Estos efectos son particularmente graves para los sistemas de alta frecuencia y se deben tomar medidas como distancia o aislamiento, disipación de calor y blindaje. Los tubos rectificadores y reguladores de alta potencia deben estar equipados con radiadores y mantenerse alejados de los transformadores. Los componentes resistentes al calor, como los condensadores electroliticos, deben mantenerse alejados de los componentes de calefacción, de lo contrario el electrolito se secará, lo que dará lugar a un aumento de la resistencia, un bajo rendimiento y afectará la estabilidad del circuito.

Por último, al tiempo que se garantiza la calidad y fiabilidad inherentes, se tiene en cuenta la belleza general y se lleva a cabo una planificación razonable de la placa de circuito. Los componentes deben ser paralelos o perpendiculares a la superficie de la placa, paralelos o perpendiculares al borde de la placa base. La distribución de la composición en la superficie de la placa debe ser lo más uniforme posible y la densidad debe ser consistente. De esta manera, no solo es hermoso, sino que también es fácil de ensamblar y soldar, sino que también es fácil de producir a gran escala.

3 cableado del sistema de alta frecuencia

En los circuitos de alta frecuencia, los parámetros de distribución de resistencia, condensadores, inductores y transformadores de inducción que conectan los cables no pueden ser ignorados. Desde el punto de vista antiinterferencia, el cableado razonable es minimizar la resistencia de la línea, la capacidad de distribución y la inducción dispersa en el circuito. El campo magnético disperso resultante se reduce al mínimo, lo que inhibe la capacidad de distribución, el flujo de fuga, la inducción mutua electromagnética y otras interferencias causadas por el ruido.

A continuación se describen algunas de las funciones especiales que puede proporcionar la herramienta protel99 se.

(1) los cables entre los pines de los dispositivos de circuito de alta frecuencia deben doblarse lo menos posible. Es mejor usar una línea recta completa. Cuando es necesario doblar, se pueden utilizar líneas rotas o Arcos de 45 ° para reducir la emisión externa y la interferencia mutua de las señales de alta frecuencia. Acoplamiento entre. Al usar el cableado protel, puede elegir 45 grados o círculos en la "esquina de cableado" del menú "diseño" reglas. También puede usar la barra espaciadora shift + para cambiar rápidamente entre líneas.

(2) cuanto más corto sea el cable entre los pines del dispositivo de circuito de alta frecuencia, mejor.

La forma más eficaz para que protel 99 cumpla con el enrutamiento más corto es reservar el enrutamiento para una sola red de alta velocidad crítica antes del enrutamiento automático. elija el más corto entre las "topologías de enrutamiento" en las "reglas" del menú "diseño".

(3) los cambios en la capa de alambre entre los pines de los dispositivos de circuito de alta frecuencia son lo más pequeños posible. Es decir, cuanto menos agujeros se utilicen durante la conexión de los componentes, mejor.

(4) para el cableado de circuitos de alta frecuencia, se debe prestar atención a la "interferencia cruzada" introducida por el cableado paralelo de la línea de señal, es decir, la conversación cruzada. Si no se puede evitar la distribución paralela, se puede colocar una gran área de "tierra" frente a la línea de señal paralela.

4 diseño de líneas de alimentación y líneas de tierra

Para resolver la caída de tensión causada por el ruido de la fuente de alimentación y la resistencia de la línea introducida por el circuito de alta frecuencia, se debe considerar plenamente la fiabilidad del sistema de alimentación en el circuito de alta frecuencia. Por lo general, hay dos soluciones: una es utilizar la tecnología de bus de energía para el cableado; La otra es usar una capa de alimentación separada. Por el contrario, el proceso de fabricación de este último es más complejo y costoso. Por lo tanto, se puede utilizar la tecnología de bus de energía de red para el cableado, de modo que cada componente pertenezca a un circuito diferente y la corriente en cada bus de la Red tiende a equilibrarse, lo que reduce la caída de tensión causada por la resistencia de la línea.

5 otras tecnologías de diseño de circuitos de alta velocidad

La conversación cruzada se refiere a la interferencia indeseable de ruido de voltaje causada por el acoplamiento electromagnético a líneas de transmisión adyacentes cuando la señal se propaga en la línea de transmisión. El acoplamiento se divide en acoplamiento capacitivo e inductor. Una conversación cruzada excesiva puede provocar un desenlace incorrecto del circuito y hacer que el sistema no funcione correctamente. De acuerdo con algunas características de la conversación cruzada, se pueden resumir varios métodos principales para reducir la conversación cruzada:

(1) aumentar el espaciamiento de las líneas, reducir la longitud paralela y, si es necesario, utilizar el método de punto para el cableado.

(2) cuando la línea de señal de alta velocidad cumple las condiciones, aumentar la coincidencia final puede reducir o eliminar la reflexión, reduciendo así la conversación cruzada.

(3) para las líneas de transmisión de MICROSTRIP y las líneas de transmisión de banda, limitar la altura del rastro dentro del rango del plano de tierra puede reducir significativamente la conversación cruzada.

En los circuitos digitales de alta velocidad, el uso de líneas diferenciales para transmitir señales digitales es una medida efectiva para controlar los factores que destruyen la integridad de la señal. Las líneas diferenciales en una placa de circuito impreso son equivalentes a los pares de líneas de transmisión integradas de microondas diferenciales que funcionan en modo cuasi - tem. Entre ellos, la línea diferencial en la parte superior o inferior del PCB es equivalente a la línea de MICROSTRIP de acoplamiento, ubicada en la capa interior del PCB multicapa. la línea diferencial es equivalente a la línea de banda de acoplamiento de borde ancho.