Diseño electrónico - Análisis del diseño de fiabilidad de la placa de circuito impreso en el sistema DSP

Con el uso de equipos de alta velocidad, cada vez habrá más diseños de sistemas de DSP de alta velocidad (procesamiento digital de señales), y el problema del procesamiento de señales en los sistemas de aplicación de DSP de alta velocidad se ha convertido en un problema de diseño importante. En este diseño, se caracteriza por el aumento de la velocidad de datos del sistema, la velocidad del reloj y la densidad del circuito, y el diseño de su placa de PCB muestra características de comportamiento completamente diferentes del diseño de baja velocidad, es decir, problemas de integridad de la señal y problemas de interferencia agravados. Problemas de compatibilidad electromagnética, etc.

Estos problemas pueden causar o causar directamente distorsiones de la señal, errores de tiempo, datos incorrectos, direcciones y líneas de control, errores del sistema e incluso colapsos del sistema. Si no se pueden resolver estos problemas, afectará seriamente el rendimiento del sistema y traerá pérdidas incalculables. La solución a estos problemas depende principalmente del diseño del circuito. Por lo tanto, la calidad del diseño de la placa de PCB es muy importante. Esta es la única forma de transformar el concepto de diseño optimizado en realidad. A continuación se discuten varios problemas a los que se debe prestar atención en el diseño de fiabilidad de la placa de PCB en el sistema DSP de alta velocidad.

1. diseño de la fuente de alimentación

El diseño del tablero de PCB del sistema DSP de alta velocidad primero debe considerar el diseño de la fuente de alimentación. En el diseño de la fuente de alimentación, generalmente se utilizan los siguientes métodos para resolver el problema de integridad de la señal.

1. considere el desacoplamiento de la fuente de alimentación y la tierra

Independientemente de si la placa de circuito tiene una formación de puesta a tierra especial y una capa de fuente de alimentación, se deben agregar algunos condensadores distribuidos razonablemente entre la fuente de alimentación y la puesta a tierra. Para ahorrar espacio y reducir el número de agujeros, se recomienda usar más condensadores de chip. Los condensadores de chip se pueden colocar en la parte posterior de la placa de pcb, es decir, en la superficie de soldadura.

Los condensadores de chip se conectan a través del agujero con un cable ancho y se conectan a la fuente de alimentación y al suelo a través del agujero.

2. considere las reglas de cableado para la distribución

Capas de alimentación analógicas y digitales independientes

Los componentes analógicos de alta velocidad y alta precisión son muy sensibles a las señales digitales. Por ejemplo, el amplificador amplifica el ruido del interruptor para que se acerque a la señal de pulso, por lo que la parte analógica y digital de la placa, la capa de potencia, generalmente necesita ser separada.

3. aislamiento de señales sensibles

Algunas señales sensibles, como los relojes de alta frecuencia, son particularmente sensibles a la interferencia acústica y deben ser aisladas de alto nivel. Los relojes de alta frecuencia (relojes de más de 20 MHz o relojes con un tiempo de volteo inferior a 5 ns) deben estar protegidos por tierra, el ancho de la línea del reloj debe ser de al menos 10 mils y el ancho de la línea del suelo de protección debe ser de al menos 20 mils. El agujero está en buen contacto con el suelo y está conectado con el suelo cada 5 centímetros de perforación; El lado de envío del reloj debe estar conectado en serie con una resistencia de amortiguación de 22 islas y medio 220 islas. Se puede evitar la interferencia causada por el ruido de la señal causado por estas líneas.

2. diseño antiinterferencia de software y hardware

Por lo general, el tablero de PCB del sistema de aplicación DSP de alta velocidad es diseñado por el usuario de acuerdo con los requisitos específicos del sistema. Debido a la limitada capacidad de diseño y las condiciones de laboratorio, si no se toman medidas antiinterferencias perfectas y confiables, una vez que el entorno de trabajo no es ideal, se producirá interferencia electromagnética, lo que dará lugar a trastornos en el proceso del programa dsp. Cuando el Código de trabajo normal del DSP no se puede restaurar, el programa se escapa o se bloquea, e incluso puede dañar algunos componentes. Se debe prestar atención a las medidas antiinterferencias correspondientes.

1. diseño antiinterferencia de hardware

La eficiencia antiinterferencia del hardware es alta. Cuando la complejidad, el costo y el volumen del sistema son asequibles, se prefiere el diseño antiinterferencia de hardware. Las técnicas comunes de anti - interferencia de hardware se pueden resumir de la siguiente manera:

(1) filtro de hardware: el filtro RC puede atenuar en gran medida todo tipo de señales de interferencia de alta frecuencia. Por ejemplo, se puede inhibir la interferencia de los "burras".

(2) puesta a tierra razonable: diseño racional del sistema de puesta a tierra. Para los sistemas de circuitos digitales y analógicos de alta velocidad, es importante tener una baja resistencia y una gran formación de tierra. La formación de tierra no solo puede proporcionar una ruta de retorno de baja resistencia para la corriente de alta frecuencia, sino que también puede hacer que el EMI y el RFI sean más pequeños, sino que también tiene un efecto de blindaje contra la interferencia externa. Durante el diseño del pcb, el suelo analógico se separa del suelo digital.

(3) medidas de blindaje: las chispas eléctricas generadas por fuentes de alimentación de ca, fuentes de alimentación de alta frecuencia, equipos de alta tensión y arcos eléctricos producirán ondas electromagnéticas y se convertirán en fuentes de ruido de interferencia electromagnética. La carcasa metálica se puede utilizar para rodear el dispositivo mencionado y conectarlo a tierra. Esto es muy eficaz para bloquear la interferencia causada por la inducción electromagnética.

2. diseño antiinterferencia de software

La antiinterferencia de software tiene la ventaja de que la antiinterferencia de hardware no puede ser reemplazada. En el sistema de aplicación dsp, también se debe aprovechar plenamente la capacidad anti - interferencia del software para minimizar el impacto de la interferencia. A continuación se dan varios métodos efectivos de antiinterferencia de software.

(1) filtro digital: el ruido de la señal de entrada analógica se puede eliminar a través del filtro digital. Las técnicas de filtrado digital comunes son: filtrado mediano, filtrado promedio aritmético, etc.

(2) establecer trampas: establecer un programa de guía en el área del programa no utilizado. Cuando el programa está perturbado y salta a la zona, el programa de guía obliga a guiar el programa capturado a la dirección especificada y utiliza un programa especial para corregir el programa incorrecto allí. Procesar.

(3) redundancia de instrucciones: la inserción de dos o tres bytes de instrucción sin operación nop después de la instrucción de dos y tres bytes puede evitar que el programa entre automáticamente en la órbita correcta cuando el sistema DSP está perturbado por el programa fuera de control.

III. diseño de compatibilidad electromagnética

La compatibilidad electromagnética se refiere a la capacidad de los dispositivos electrónicos para funcionar correctamente en un entorno electromagnético complejo. El objetivo del diseño de compatibilidad electromagnética es permitir que los dispositivos electrónicos inhiban todo tipo de interferencias externas, pero también reducir la interferencia electromagnética de los dispositivos electrónicos con otros dispositivos electrónicos. En la placa de PCB real, hay más o menos interferencia electromagnética, es decir, conversación cruzada entre señales adyacentes. El tamaño de la conversación cruzada está relacionado con la capacidad de distribución y la inducción de distribución entre los bucles. Para resolver esta interferencia electromagnética mutua entre las señales, se pueden tomar las siguientes medidas:

1. elija un ancho de línea razonable

La influencia de la corriente instantánea en la línea de impresión es causada principalmente por la inducción de la línea de impresión, que es proporcional a la longitud de la línea de impresión y inversa a la anchura. Por lo tanto, el uso de cables cortos y anchos favorece la supresión de interferencias. Los cables de señal de los cables de reloj y los conductores de autobuses suelen tener una gran corriente instantánea, y sus líneas de impresión deben ser lo más cortas posible. Para los circuitos de componentes separados, el ancho del cable impreso es de aproximadamente 1,5 mm para cumplir con los requisitos; Para circuitos integrados, el ancho de la línea de impresión se elige entre 0,2 mm y 1,0 mm.

2. adoptar una estructura de cableado de red en forma de pozo.

El método específico es el cableado horizontal en una capa de la placa de circuito impreso y el cableado vertical en la siguiente capa.

IV. diseño de disipación de calor

Para facilitar la disipación de calor, es mejor instalar la placa impresa por separado, y la distancia entre las placas debe ser superior a 2 centímetros. Al mismo tiempo, debemos prestar atención a las reglas de diseño de los dispositivos de yuan en la placa de circuito impreso. En dirección horizontal, los dispositivos de alta potencia están dispuestos lo más cerca posible del borde de la placa de impresión para acortar la ruta de transferencia de calor; En dirección vertical, el dispositivo de alta potencia está lo más cerca posible de la parte superior de la placa de impresión, reduciendo así su impacto en la temperatura de otros componentes. Los componentes más sensibles a la temperatura deben colocarse en la medida de lo posible en zonas con temperaturas relativamente bajas y no directamente por encima del equipo que genera una gran cantidad de calor.

En los diversos diseños del sistema de aplicación DSP de alta velocidad, cómo transformar el diseño perfecto de la teoría a la realidad depende de la placa de PCB de alta calidad. La frecuencia de funcionamiento de los circuitos DSP es cada vez mayor, los pines son cada vez más densos y la interferencia es cada vez mayor. Cómo mejorar la calidad de la señal es muy importante. Por lo tanto, el buen rendimiento del sistema es inseparable de la calidad de la placa de PCB del diseñador de pcb.