Diseño electrónico - Diseño antiinterferencia de PCB de alta velocidad basado en DSP

Introducción

Con la amplia aplicación de DSP (procesador de señal digital), el diseño de placas de PCB de procesamiento de señal de alta velocidad basadas en DSP es particularmente importante. En el sistema dsp, la frecuencia de funcionamiento del procesador DSP puede alcanzar cientos de mhz. Sus líneas de reinicio, líneas de interrupción y control, interruptores de circuitos integrados, circuitos de conversión a / D de alta precisión y circuitos que contienen señales analógicas débiles son vulnerables a la interferencia; Por lo tanto, para diseñar y desarrollar un sistema DSP estable y confiable, el diseño antiinterferencia es muy importante.

1 Análisis de la generación de interferencia del sistema DSP

Para el sistema dsp, las principales interferencias provienen de los siguientes aspectos:

Interferencia del Canal 1.i / O. Se refiere a la interferencia que entra en el sistema a través de canales delanteros y traseros, como el enlace de adquisición de datos del sistema dsp. La interferencia se superpone a la señal que pasa por el sensor, lo que aumenta el error de adquisición de datos. En el enlace de salida, la interferencia puede aumentar los errores de datos de salida e incluso causar errores completos, lo que puede causar un colapso del sistema. Los dispositivos de acoplamiento óptico se pueden utilizar razonablemente para reducir la interferencia de los canales de entrada y salida, y la interferencia de los sensores y el sistema principal de DSP se puede aislar con llamadas entrantes.

2. interferencia del sistema eléctrico. La principal fuente de interferencia de todo el sistema dsp. La fuente de alimentación añade su ruido a la fuente de alimentación mientras suministra energía al sistema. En el proceso de diseño del Circuito del chip de alimentación, el cable de alimentación debe desvincularse.

3. interferencia de acoplamiento de radiación espacial. El acoplamiento a través de la radiación generalmente se llama conversación cruzada. La conversación cruzada se produce en un campo electromagnético generado cuando la corriente fluye a través del cable, que induce una corriente instantánea en el cable adyacente, lo que resulta en una distorsión de la señal cercana o incluso un error. La intensidad de la conversación cruzada depende del tamaño geométrico y la distancia entre el dispositivo y el cable. En el cableado dsp, cuanto mayor sea la distancia entre las líneas de señal, más cerca de la línea de tierra, más eficaz será reducir la conversación cruzada.

2 diseño de PCB para causas de interferencia

La siguiente muestra cómo reducir las diversas interferencias durante la fabricación de PCB en el sistema dsp.

2.1 diseño de apilamiento de placas multicapa

En los circuitos digitales de alta velocidad dsp, para mejorar la calidad de la señal, reducir la dificultad de cableado y aumentar el EMC del sistema, generalmente se adopta un diseño de varias capas. El diseño de apilamiento puede proporcionar la ruta de retorno más corta, reducir el área de acoplamiento y suprimir la interferencia de modo diferencial. En el diseño de apilamiento, la distribución de la capa de alimentación especial y la capa de alimentación y el estrecho acoplamiento de la capa de alimentación y la capa de alimentación son propicios para inhibir la interferencia de modo común (utilizando planos adyacentes para reducir la resistencia de CA del plano de alimentación). Tomando como ejemplo las placas de 4 pisos, se explica el esquema de diseño de apilamiento.

Hay muchas ventajas al adoptar esta estructura de diseño de PCB de cuatro capas. Hay una capa de alimentación debajo de la planta superior, y el pin de alimentación del componente se puede conectar directamente a la fuente de alimentación sin pasar por el plano de tierra. La selección de señales clave está en la parte inferior (inferior), lo que hace que el espacio de cableado de señales importantes sea más grande y el dispositivo se coloque en la misma capa tanto como sea posible.

2.2 diseño de diseño

Para obtener el mejor rendimiento del sistema dsp, el diseño de los componentes es muy importante. Primero se colocan dispositivos dsp, flash, SRAM y pld, se considera cuidadosamente el espacio de cableado, luego se colocan otros IC de acuerdo con el principio de independencia funcional, y finalmente se considera la colocación de puertos de E / S. Combinado con el diseño anterior, considere el tamaño del pcb: si el tamaño es demasiado grande, la línea de impresión será demasiado larga, la resistencia al ruido aumentará, la resistencia al ruido disminuirá y el costo de la placa de circuito aumentará; Si el PCB es demasiado pequeño, el efecto de disipación de calor no es bueno, el espacio también se limitará y las líneas adyacentes serán vulnerables a la interferencia. Por lo tanto, los dispositivos deben seleccionarse de acuerdo con las necesidades reales, combinados con el espacio de cableado y el tamaño del PCB debe calcularse aproximadamente. Al organizar el sistema dsp, se debe prestar especial atención a la colocación de los siguientes equipos.

(1) diseño de señales de alta velocidad

En todo el sistema dsp, las principales líneas de señal digital de alta velocidad están entre el DSP y flash, sram, por lo que la distancia entre los dispositivos debe ser lo más cercana posible, y sus conexiones deben ser lo más cortas posible y conectadas directamente. Por lo tanto, para reducir el impacto de la línea de transmisión en la calidad de la señal, el rastro de la señal de alta velocidad debe ser lo más corto posible. Además, teniendo en cuenta que muchos chips DSP con velocidades de hasta cientos de MHz requieren devanados en forma de serpiente (ajuste de retraso). Esto se destacará en el siguiente cableado.

(2) diseño de equipos digitales y analógicos

La mayoría de los sistemas DSP no tienen un solo circuito funcional y utilizan una gran cantidad de dispositivos digitales cm0s y dispositivos híbridos digitales y analógicos, por lo que el diseño digital / analógico debe separarse. El dispositivo de señal analógica se concentra en la medida de lo posible, de modo que el suelo analógico puede dibujar una zona independiente perteneciente a la señal analógica en medio de todo el suelo digital para evitar la interferencia de la señal digital en la señal analógica. Algunos dispositivos híbridos digitales - analógicos, como los convertidores D / a, se consideran tradicionalmente dispositivos analógicos, se colocan en suelo analógico y están equipados con bucles digitales para permitir que el ruido digital se retroalimente a la fuente de señal, reduciendo así el impacto del ruido digital en el suelo analógico.

(3) disposición del reloj

Para relojes, selección de chips y señales de autobús, Manténgase lo más alejado posible de los cables y conectores de E / S. La entrada del reloj del sistema DSP es muy vulnerable a la interferencia y su procesamiento es muy crítico. Asegúrese siempre de que el generador de reloj esté lo más cerca posible del chip DSP y que la línea de reloj sea lo más corta posible. La carcasa del Oscilador de cristal del reloj está mejor fundamentada.

(4) diseño desacoplado

Con el fin de reducir el sobreimpulso instantáneo del voltaje en la fuente de alimentación del chip de circuito integrado, la adición de condensadores de desacoplamiento al chip de circuito integrado puede eliminar eficazmente el impacto de las rebabas en la fuente de alimentación y reducir la reflexión del Circuito de alimentación en el pcb. La adición de condensadores de desacoplamiento puede eludir el ruido de alta frecuencia de los dispositivos de circuitos integrados o puede usarse como condensadores de almacenamiento de energía para proporcionar y absorber la carga y descarga instantáneas de energía abierta y cerrada de las puertas de circuitos integrados.

En el sistema dsp, colocar condensadores de desacoplamiento para cada circuito integrado (como dsp, sram, flash, etc.) y añadirlos entre cada fuente de alimentación y suelo del chip, y prestar especial atención a los condensadores de desacoplamiento lo más cerca posible del terminal de alimentación (fuente) y el pin del componente ic. Asegúrese de la pureza de la corriente del terminal de alimentación (terminal de fuente) y el ic, y reduzca la ruta de ruido tanto como sea posible.

(5) diseño de la fuente de alimentación

Al desarrollar el sistema dsp, es necesario considerar cuidadosamente la fuente de alimentación. Debido a que algunos chips de alimentación generan una gran cantidad de calor, deben colocarse en una posición propicia para la disipación de calor y mantenerse a cierta distancia de otros componentes de pcb. Puede usar un disipador de calor o colocar cobre debajo del equipo para disipar el calor. Tenga cuidado de no colocar el componente de calefacción en la parte inferior de la placa de desarrollo.