Diseño electrónico - PCB:diseño de alta velocidad basado en Cadence

1 Introducción

La proporción del diseño de PCB de alta velocidad en el diseño moderno de PCB es cada vez mayor, y la dificultad del diseño es cada vez mayor. Sus soluciones requieren no solo componentes de alta velocidad, sino también la sabiduría y el trabajo cuidadoso de los diseñadores. Debe estudiarse y analizarse cuidadosamente. Resolver los problemas existentes de los circuitos de alta velocidad.

2 contenido básico del diseño de PCB de alta velocidad

El diseño de circuitos de alta velocidad representa una proporción cada vez mayor en el diseño de circuitos modernos, y la dificultad del diseño es cada vez mayor. Sus soluciones requieren no solo equipos de alta velocidad, sino también la sabiduría y el trabajo cuidadoso de los diseñadores. La situación específica debe estudiarse y analizarse cuidadosamente. Resolver los problemas existentes de los circuitos de alta velocidad. En términos generales, incluye principalmente tres aspectos del diseño: diseño de integridad de señal, diseño de compatibilidad electromagnética y diseño de integridad de fuente de alimentación.

2.1 diseño de integridad de la señal

La integridad de la señal se refiere a la calidad de la señal en línea de la señal. Una señal con buena integridad de la señal significa que tiene un valor del nivel de voltaje que debe alcanzarse cuando sea necesario. La mala integridad de la señal no se debe a un factor determinado, sino a una combinación de múltiples factores en el diseño a nivel de tablero. Especialmente en los circuitos de alta velocidad, la velocidad de conmutación excesiva de los chips utilizados, el diseño irrazonable de los componentes terminales y la interconexión irrazonable de los circuitos conducirán a problemas de integridad de la señal. Específicamente, incluye principalmente crosstalk, reflexión, exceso y retroceso, oscilación, retraso de señal, etc.

2.2 diseño de compatibilidad electromagnética (compatibilidad electromagnética)

La compatibilidad electromagnética incluye la interferencia electromagnética y la tolerancia electromagnética, es decir, la radiación electromagnética excesiva y la sensibilidad a la radiación electromagnética. Hay dos tipos de interferencia electromagnética: interferencia conducida e interferencia de radiación. La interferencia transmitida se refiere a la transmisión de señales de una red eléctrica a otra red eléctrica en forma de corriente eléctrica a través de un medio conductor. Los PCB muestran principalmente el ruido de la tierra y el ruido de la fuente de alimentación. La interferencia de radiación se refiere a la radiación de una señal en forma de ondas electromagnéticas, afectando así a otra red eléctrica. En el diseño de PCB y sistemas de alta velocidad, los cables de señal de alta frecuencia, los pines de chip, los conectores, etc., pueden convertirse en fuentes de interferencia de radiación de las características de la antena. De acuerdo con la importancia del diseño, el diseño EMC se puede dividir en cuatro niveles: diseño de dispositivos y niveles de pcb, diseño de sistemas de tierra, diseño de sistemas de blindaje y diseño de filtros. Entre ellos, los dos primeros son los más importantes. El diseño de dispositivos y niveles de PCB incluye principalmente la selección de dispositivos activos, la apilamiento de placas de circuito y el diseño y cableado. El diseño del sistema de puesta a tierra incluye principalmente el método de puesta a tierra, el control de resistencia a la puesta a tierra, el circuito de puesta a tierra y la puesta a tierra de la capa de blindaje. en la herramienta de simulación de cadence, se pueden establecer parámetros de simulación de interferencia electromagnética en tres direcciones: distancia x, y, z, rango de frecuencia, margen de diseño y cumplimiento de estándares. Esta simulación es una simulación posterior, que se utiliza principalmente para comprobar si cumple con los requisitos de diseño. Por lo tanto, al hacer el trabajo preliminar, también necesitamos diseñar de acuerdo con la teoría de la interferencia electromagnética. La práctica habitual es aplicar las reglas de diseño para controlar la interferencia electromagnética a cada diseño. Cada enlace realiza el impulso de las reglas y el control de cada enlace.

2.3 diseño de integridad de la fuente de alimentación

En los circuitos de alta velocidad, la integridad de la fuente de alimentación y la puesta a tierra también es un factor muy importante, ya que la integridad de la fuente de alimentación está estrechamente relacionada con la integridad de la señal. En la mayoría de los casos, la razón principal de la distorsión de la señal es el sistema de alimentación. Por ejemplo, el ruido excesivo de rebote de la tierra, el diseño inadecuado de los condensadores de desacoplamiento, la División inadecuada de múltiples fuentes de alimentación o planos de tierra, el diseño inadecuado de la formación de tierra, la distribución desigual de la corriente, etc., pueden causar problemas de integridad de la fuente de alimentación y causar distorsión de la señal. Integridad de la señal. La idea principal para resolver el problema es determinar el sistema de distribución, dividir las placas de circuito de gran tamaño en varias placas de pequeño tamaño, determinar el capacitor de desacoplamiento de acuerdo con el rebote de tierra (rebote de tierra) y centrarse en toda la placa de circuito impreso. Aspectos.

3 método de diseño de PCB de alta velocidad

3.1 métodos tradicionales de diseño

Los métodos de diseño tradicionales, sin ningún tratamiento antes de la prueba final, se completan básicamente con la experiencia del diseñador. Solo probando e inspeccionando el prototipo se puede encontrar el problema y determinar la causa del problema. Para resolver este problema, es posible rediseñarlo desde cero. Tanto el ciclo de desarrollo como el costo de desarrollo, este método, que se basa principalmente en la experiencia del diseñador, no puede cumplir con los requisitos del desarrollo de productos modernos, por no hablar del diseño de alta complejidad de los circuitos modernos de alta velocidad. Por lo tanto, es necesario utilizar herramientas de diseño avanzadas para analizar y controlar cualitativamente y cuantitativamente el proceso de diseño.

3.2 método de diseño de Cadence

Ahora, cada vez más diseños de alta velocidad utilizan un método más eficaz, lo que ayuda a acelerar el ciclo de desarrollo. En primer lugar, se establece un conjunto de reglas de diseño físico que cumplen con los indicadores de rendimiento del diseño y se utilizan para limitar el diseño y el cableado de pcb. Antes de la instalación del equipo, se realizó un diseño de simulación. En este tipo de pruebas virtuales, los diseñadores pueden comparar los indicadores de diseño para evaluar el rendimiento. Estos requisitos previos clave son establecer un conjunto de reglas de diseño físico para los indicadores de rendimiento, que se basan en análisis de simulación basados en modelos y predicciones precisas de las características eléctricas. Por lo tanto, el análisis de simulación en diferentes etapas es muy importante. El software Cadence ha desarrollado su propio proceso de diseño de PCB de alta velocidad. La idea principal es utilizar un buen análisis de simulación y diseño para evitar problemas e intentar resolver todos los problemas posibles antes de la producción de pcb. En comparación con el proceso de diseño tradicional a la izquierda, la principal diferencia es que se agregan nodos de control al proceso, que pueden controlar eficazmente el proceso de diseño. Integra el diseño esquemático, el diseño de PCB y el análisis de simulación de alta velocidad, que puede resolver problemas relacionados con el rendimiento eléctrico en todos los aspectos del diseño. Al analizar muchos factores, como el tiempo, el ruido de la señal, la conversación cruzada, la estructura de la fuente de alimentación y la compatibilidad electromagnética, se puede optimizar el diseño de la integridad de la señal, la integridad de la fuente de alimentación y la interferencia electromagnética del sistema antes de la colocación y el cableado.

4 Conclusiones

En el proceso de diseño específico, se requiere que los diseñadores de cada Parte trabajen juntos horizontalmente y que las etapas del diseño se consideren de manera integral en la dirección vertical. El diseño y la simulación recorren todo el proceso de diseño para lograr la controlabilidad del proceso y la cuantificación de indicadores específicos. Solo de esta manera se puede lograr un diseño eficiente. El diseño de PCB de alta velocidad es una ingeniería de sistemas muy compleja. Solo con la ayuda de aquellos que no solo pueden calcular las características físicas y eléctricas, los efectos y las interacciones de cada uno de los componentes utilizados en el diseño, sino que también deben extraerse automáticamente del PCB diseñado. Las herramientas de software EDA con potentes funciones, como la creación de modelos y simuladores que proporcionan la representación dinámica de las operaciones de diseño real, pueden resolver los problemas de integridad de la señal, interferencia electromagnética e integridad de la fuente de alimentación anteriores de manera más completa.